Anwendungs-Spotlight:3D-Druck für Robotergreifer

[Bildnachweis:Schmalz]

3D-Druck ist eine der zentralen Technologien, die die Fähigkeiten der Industrierobotik voranbringen. Es ermöglicht eine größere Designfreiheit, niedrigere Kosten und kürzere Vorlaufzeiten bei der Herstellung kundenspezifischer Greifer und Endeffektoren für Roboteranwendungen.

Und da die Anpassung eine neue Norm in der Robotik und Automatisierung ist, bietet der 3D-Druck eine Lösung für kostengünstige kundenspezifische Greifer ohne große Investitionen in Formen oder CNC-Bearbeitung.

Unten , tauchen wir in die Vorteile des 3D-Drucks für Greifer ein und erfahren, wie verschiedene Unternehmen die Technologie nutzen, um fortschrittliche Greiferdesigns zu erstellen und eine schnellere und kostengünstigere Produktion zu erreichen.

Schauen Sie sich die anderen abgedeckten Anwendungen an in dieser Serie:

3D-Druck für Wärmetauscher

3D-Druck für Lager

3D-Druck für die Fahrradherstellung

3D-Druck für die digitale Zahnheilkunde und die Herstellung von Clear Alignern

3D-Druck für medizinische Implantate

3D-gedruckte Raketen und die Zukunft der Herstellung von Raumfahrzeugen

3D-Druck für die Schuhherstellung

3D-Druck für elektronische Komponenten

3D-Druck in der Bahnindustrie

3D-gedruckte Brillen

3D-Druck für die Endfertigung

3D-Druck für Halterungen

3D-Druck für Turbinenteile

Wie 3D-Druck leistungsfähigere Hydraulikkomponenten ermöglicht

Wie 3D-Druck Innovationen in der Kernkraftindustrie unterstützt

3D-Druck für Flugzeugkabinen

3D-Druck und die Entwicklung von Robotergreifern 

Mit dem zunehmenden Einsatz von Robotern in der Fertigung entwickeln sich Robotergreifer – im Wesentlichen Roboterarme – weiter, um den Anforderungen fortschrittlicher Anwendungen in der Automobil-, Elektronik- und Lebensmittelindustrie gerecht zu werden.

Diese Entwicklung hat zur Entwicklung leichterer, kundenspezifischer Robotergreifer mit erhöhter Tragfähigkeit und Sicherheitsfunktionen geführt.

Die Erfüllung der Anforderungen moderner Greifer wird jedoch für traditionelle Fertigungstechnologien immer schwieriger. Aufgrund von Skaleneffekten kann die traditionelle Fertigung zu teuer sein, wenn ein Unternehmen nur eine kleine Charge von Greifern benötigt.

Darüber hinaus erweist sich die Individualisierung von Greifern mit herkömmlichen Technologien wie dem Spritzgießen als schwierig und kostspielig.

3D-Druck eröffnet dank seiner Flexibilität und Geschwindigkeit neue Möglichkeiten für die Herstellung von Greifern.

Die Vorteile von 3D-gedruckten Greifern 

Leichtgewichtung 

Da Roboter immer kleiner werden, ist es für viele Hersteller zu einer Priorität geworden, kleinere und leichtere Greifer zu entwickeln, die an solche Roboter passen. 3D-Druck kann helfen, indem Greifer hergestellt werden, die mehr leisten und gleichzeitig weniger wiegen.

Mit 3D-Druck können Hersteller neue Formen und Geometrien entwerfen, die weniger Material benötigen und leichte Materialien wie Kohlefaser verwenden, um das Gewicht des Greifers weiter zu reduzieren.

Der 3D-Druck ermöglicht zwar eine Gewichtsreduzierung, ermöglicht aber auch die Konstruktion der Greifer mit gleicher oder höherer Tragfähigkeit. Geringeres Gewicht, gepaart mit verbesserter Tragfähigkeit, bedeutet schnellere Bewegungen eines Roboters und kürzere Zykluszeiten, was die wichtigsten Ziele der Anwender von Robotertechnik sind.

Anpassung 

Moderne Roboter werden zunehmend eingesetzt, um die Effizienz in einer High-Mix-, Low-Volume-Umgebung mit einem hohen Maß an Individualisierung zu verbessern. Oftmals gibt es am Markt keine passenden Standardlösungen, sodass Robotergreifer für viele Anwendungen kundenspezifisch ausgelegt werden müssen.

3D-Druck ist eine ideale Technologie zum Anpassen von Robotergreifern. Unternehmen müssen nicht in teure Sonderwerkzeuge investieren, sondern können individuelle Designs erstellen und direkt auf einem 3D-Drucker produzieren. Dies bedeutet auch, dass der 3D-Druck von kundenspezifischen Greifern wirtschaftlicher ist, da keine zusätzlichen Werkzeugkosten anfallen.

Teilekonsolidierung

Der 3D-Druck ermöglicht es, Greifer, die bisher aus mehreren Teilen bestanden, als ein einziges Bauteil herzustellen. Diese Möglichkeit, mehrere Teile zu einem zusammenzufassen, führt zu einer kostengünstigeren und schnelleren Produktion und bedeutet auch, dass weniger Einzelteile zusammengebaut werden müssen.

Sicherheit 

Die Sicherheit von Robotergreifern ist ein weiteres Element, das durch 3D-Druck verbessert werden kann. Da kollaborative Roboter immer beliebter werden, ist es entscheidend, Robotergreifer zu entwickeln, die sicher zusammen mit menschlichen Kollegen verwendet werden können.

Die Designflexibilität des 3D-Drucks macht es einfach, ein abgerundetes Gehäuse für Greifer ohne scharfe Ecken zu entwerfen, was bei herkömmlichen Verfahren schwierig sein kann. Darüber hinaus können Ingenieure mehrere Designs schnell und kostengünstig testen, um maximale Sicherheit des Greifers zu gewährleisten.

5 Beispiele für 3D-Druck für Robotergreifer 

1. Ein 86 % leichterer Greifer 

Die Vorteile von 3D-gedruckten Greifern zu beschreiben ist eine Sache, aber zu erforschen, wie die Technologie in realen Anwendungen eingesetzt wird, ist eine ganz andere. Der 3D-Druck-Spezialist Kuhn-Stoff GmbH &Co KG hat beispielsweise bewiesen, dass durch 3D-Druck das Greifergewicht um 86 Prozent und die Herstellungskosten um bis zu 50 Prozent gesenkt werden können.

Das Unternehmen nutzte die Polymer Powder Bed Fusion (PBF) Technologie, um einen leichten und dennoch langlebigen Bronchialgreifer für die Wittmann Robot Systeme GmbH herzustellen. Die PBF-Technologie verwendet einen Laser, um Schichten von Polymerpulver zu schmelzen und zu verschmelzen, um ein Objekt zu erstellen.

Der Greifer wurde bisher aus Aluminium, Gummischläuchen und mehreren Verbindungselementen gefertigt, was zu hohen Produktionskosten führte. Durch die Neukonstruktion des Greifers für den 3D-Druck konnte das Team von Kuhn-Stoff die Anzahl der Bauteile von 21 auf 2 reduzieren und diese in Nylonmaterial 3D-drucken.

Weniger Komponenten bedeuten, dass weniger Material für die Produktion benötigt wird, was den 3D-Druck zu einem schnelleren und kostengünstigeren Prozess macht.

Zu diesen Vorteilen kommt hinzu, dass pneumatische Kanäle und Anschlüsse in die Grundplatte integriert werden können.

Der 3D-gedruckte Greifer hat sich ebenfalls als langlebig erwiesen. Kuhn-Stoff berichtet, dass es fünf Millionen Zyklen lang getestet wurde, wobei keine Fehler oder Defekte festgestellt wurden.

2. IAM 3D Hub 3D druckt einen Robotergreifer für Anwendungen in der Automobilproduktion

Ein weiteres Beispiel für die Flexibilität des 3D-Drucks stammt aus dem spanischen digitalen Innovationszentrum IAM 3D Hub, das die Technologie zur Verbesserung der Funktionalität von Greifern einsetzte.

Konventionelle Greifer sind äußerst komplexe Systeme mit einer Vielzahl von Komponenten. Dies kann zu höheren Anschaffungskosten führen und gleichzeitig das Ausfallrisiko durch zusätzlichen Wartungsbedarf und ständige Anpassungen erhöhen.

Deshalb hat sich IAM 3D Hub auf den Weg gemacht, dies zu reduzieren Komplexität durch 3D-Druck.

Durch die additive Fertigung der Greifer mit der HP Multi Jet Fusion-Technologie konnte das Team des IAM 3D Hub die Anzahl der Teile in jedem Greifer, einschließlich Leitungen, Verbinder, Magnete und andere Elemente, um mehr als 80 Prozent reduzieren und gleichzeitig den Platzbedarf reduzieren damit das System funktioniert.

Durch die Neugestaltung des Kupplungsmechanismus ermöglicht der neue Greifer zudem eine schnellere Verbindung mit dem Roboter, was die Prozess- und Montagezeit um 40 Prozent reduziert.

3. Schmalz individualisiert Greifer mit 3D-Druck und Software

Das deutsche Unternehmen Schmalz begann vor mehr als 30 Jahren mit dem Einstieg in die Welt der Vakuum- und Greiftechnik. Auf seinem Weg zum Branchenführer hat das Unternehmen den 3D-Druck für die Produktentwicklung und Kleinserienproduktion übernommen.

Das Team von Schmalz hat verstanden, dass neue und einzigartige Handhabungsanwendungen neue individuelle Greifvorrichtungen erfordern, da die Automatisierung zunehmend die Produktionsumgebung beeinflusst. Daher kann ein Universalgreifer die Anforderungen unterschiedlicher Automatisierungsanwendungen nicht perfekt erfüllen.

Diese Erkenntnis hat zur Entwicklung eines Systems geführt, das eine schnelle und einfache Konstruktion von kundenspezifischen Greifern ermöglicht. Durch die Partnerschaft mit dem Softwareunternehmen Trinckle 3D hat Schmalz eine App entwickelt, mit der seine Kunden Vakuumgreifer individuell anpassen können.

Die gesamte Konfiguration des anwendungsfallspezifischen Greifers dauert angeblich etwa 10 Minuten und erfordert keine Kenntnisse in klassischer CAD-Software oder 3D-druckfähigem Design.

Die 3D-Drucktechnologie ist der Schlüssel zur kostengünstigen und schnellen Produktion von Designs, die mit der Schmalz-App generiert werden. Die neuen Greifer reduzieren beispielsweise die Handhabungsstörungen durch die Integration der Luftführung in das Greiferdesign.

Schmalz fertigt so in kurzer Zeit leichte, robuste und vor allem maßgeschneiderte Greifer. Angebaut an Leichtbaurobotern und Cobots hält die Schmalz-Lösung Lasten von bis zu 10 Kilogramm.

4. Ein 3D-gedruckter Greifer beschleunigt das Umrüsten von Verpackungslinien

Gerade bei häufigen Produktwechseln müssen Verpackungslinien flexibel sein. Diese Flexibilität zu erreichen, ist jedoch oft leichter gesagt als getan. In manchen Fällen kann ein Produktwechsel mehrere Tage dauern, bis ein neuer, passender Greifer entsteht.

Die Carecos Kosmetic GmbH hat sich dieser Herausforderung gestellt und im 3D-Druck eine Lösung gefunden.

Im Zuge der Umstellung benötigte das Unternehmen neue Greifer für die Verpackungsmaschinen, die die Deckel greifen und auf Gläser schrauben. Traditionell bearbeitete das Unternehmen die Greifer aus Aluminium, was bis zu 10.000 Euro pro Teil kostete und die Herstellung etwa sechs Wochen in Anspruch nahm.

Angesichts der langen Vorlaufzeit suchte das Unternehmen nach einer alternativen Lösung, die die Greifer schneller produzieren könnte.

Carecos Kosmetic wandte sich dem Materialextrusions-3D-Druck zu und konnte innerhalb von 12 Stunden einen Greifer herstellen. Außerdem sparte das Unternehmen durch die Umstellung auf den Polymer-3D-Druck bis zu 85 Prozent der Kosten und 70 Prozent der Fertigungszeit ein. Als zusätzlichen Bonus sind die bedruckten Kunststoffgreifer auch siebenmal leichter als ihre Pendants aus Metall.

5. 3D-Druck für weiche Robotergreifer

Soft Robotics ist ein Bereich der Robotik, der flexible Materialien wie TPU und Silikon verwendet, um leichte und elastische Greifer zu schaffen.

Für weiche Robotergreifer bietet der 3D-Druck eine einzigartige Kombination aus Designfreiheit, weichen Materialien und Kleinserien. Ein Unternehmen, das auf diesem Gebiet Expertise aufgebaut hat, ist ACEO, ein Geschäftsbereich des deutschen Chemieriesen Wacker Chemie AG.

ACEO hat eine Silikon-3D-Drucktechnologie entwickelt, die eine „Drop-on-Demand“-Technik verwendet, ähnlich dem Inkjet-3D-Druck. Der Prozess beginnt mit dem Auftragen von Tröpfchen des Materials in Form einer einteiligen Schicht, die anschließend mit UV-Licht ausgehärtet wird. Anschließend wird die nächste Schicht Silikontröpfchen aufgetragen und durch das UV-Licht mit der vorherigen verbunden. Der Vorgang wird wiederholt, bis das Objekt vollständig ist.

Das deutsche Start-up Formhand hat mit dem Silikon-3D-Druck von ACEO einen universellen Greifer für vielseitige Anwendungen in allen Branchen entwickelt. Das Team nutzte den Service von ACEO, um mehrere Greiferdesigns zu prototypisieren. Dank der Technologie konnten sie schnell und kostengünstig kundenspezifische Komponenten erstellen.

Übergeordnet betrachtet ebnet der 3D-Druck von weichen Robotergreifern den Weg für die Miniaturisierung von Greifern und Multi-Material-Designs. Zukünftig können solche Systeme in der Wartung von Düsentriebwerken und in der minimal-invasiven Chirurgie eingesetzt werden.

Mit 3D-Druck Robotergreifer auf die nächste Stufe heben 

Da der Bedarf an vielseitigeren Robotergreifern wächst, bietet der 3D-Druck eine Lösung, die geschickte, leichte und kundenspezifische Greifer liefert. Solche Greifer sind billiger und schneller herzustellen, was den Herstellern mehr Flexibilität gibt, mit Designs zu experimentieren und zusätzliche Funktionen zu integrieren.

Im Wesentlichen werten 3D-gedruckte Greifer das gesamte Robotersystem auf und tragen dazu bei, Roboter leichter und kleiner zu machen.

Die Entwicklung der Robotergreiftechnologie wird angesichts der jüngsten Trends der intelligenten, digital gesteuerten Fertigung sicherlich weitergehen und der 3D-Druck wird die Methode der Wahl sein, um Greiferkonstruktionen auf die nächste Stufe zu heben.