3D-gedruckte individuelle Kraftstoffinjektor-Greifer: Effizienzsteigerung bei Pick-and-Place

Das in Wisconsin ansässige Unternehmen STS Technical Group blickt auf fast vier Jahrzehnte Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Herstellern in den Bereichen Personalbeschaffung, technisches Design und Engineering-Lösungen zurück. Mit über 250 Fachkräften in den gesamten USA hat sich das Unternehmen kontinuierlich an die Fertigungstechnologie angepasst und bietet modernste Dienstleistungen, die den Anforderungen heutiger Produktionsumgebungen gerecht werden.

Für seine 3D-Druckanwendungen setzt STS auf die SLA-Plattform von Formlabs – wegen der umfangreichen Materialbibliothek, der medizinischen Qualitätsstandards und der exzellenten Oberflächenqualität. Diese Eigenschaften sind entscheidend, wenn Bauteile extremen Fertigungsbedingungen standhalten müssen.

Die richtige Fertigungsmethode für Ihr Bauteil wählen

Bei der Entwicklung eines neuen Teils erfordert die Wahl des Fertigungsverfahrens – Gießen, Zerspanen oder 3D-Druck – eine sorgfältige Abwägung von Designkomplexität, Materialleistung und Kosten. Im Folgenden die zentralen Vorteile des SLA-3D-Drucks für industrielle Bauteile:

• Schichtauflösung unter 25 µm liefert feinere Details als herkömmliches Gießen oder Zerspanen.
• Geringere Material- und Werkzeugkosten bei hochkomplexen Geometrien.
• Kurze Durchlaufzeiten – Tage statt Wochen.
• Keine Nachbearbeitung durch Zerspanen nötig, was teure Maschinen und Fachpersonal überflüssig macht.
• Breite Palette langlebiger, leichter Harze und metallgefüllter Verbundwerkstoffe.
• Digitale Dateien lassen sich speichern, wiederverwenden und modifizieren, ohne physische Lagerhaltung.
• Designs können integrierte Funktionen – wie Gewindelöcher oder Sechskant-Aussparungen – für einfachere Montage enthalten.
• Bei Stoßbelastung können Harzteile kontrolliert versagen, während Metallteile sich verformen und dennoch im Toleranzbereich bleiben.
• Geringere Ersatzteilkosten und schnellere Lieferzeiten für Verschleißteile.
• Oberflächen können direkt auf der gedruckten Struktur lackiert oder beschichtet werden.
• Schwer zerspanbare Materialien – wegen Schmelzen, Ausbrechen oder Rissbildung – lassen sich sicher drucken.
• Reduziertes Versandgewicht senkt Logistikkosten.

Zwar bieten Metallbauteile generell höhere Festigkeit, doch viele Anwendungen lassen sich mit konstruktiven Harzen abdecken, insbesondere wenn Geometrie und Leistungsanforderungen mit den SLA-Fähigkeiten harmonieren. Berücksichtigen Sie die Betriebsumgebung – Temperatur, Feuchtigkeit, korrosive Medien – bei der Materialwahl. Großformatdrucker wie der Form 3L ermöglichen die Fertigung großer Bauteile ohne Einbußen bei der Auflösung.

Design und Druck individueller Kraftstoffinjektor-Greifer

Pick-and-Place-Operationen erfordern Greifer, die empfindliche Komponenten zuverlässig handhaben, konsistente Positionierung gewährleisten und viele Zyklen überstehen. Das Greiferdesign muss folgende Aspekte berücksichtigen:

• Materialverträglichkeit mit dem Kraftstoffinjektor (z. B. Vermeidung von Oberflächenbeschädigungen).
• Greifkraft und Kontaktfläche zur gleichmäßigen Kraftverteilung.
• Geometrie des Injektors – oft zylindrisch mit komplexen Merkmalen.
• Freiräume und Toleranzen für nachgelagerte Prozesse.
• Einfache Montage, einschließlich integrierter Sechskant-Aussparungen für Befestigungselemente.

Herkömmliche pneumatische Zylindergreifer weisen meist V-förmige Backen auf, die Kräfte konzentrieren und zu Verschleiß an Greifer und Injektor führen. Zudem fehlt ihnen die Präzision für feine Positionierung, was oft zusätzliche Ausrichteinrichtungen nötig macht.

STS überwand diese Einschränkungen durch 3D-Druck eines vollständig umschließenden, radial orientierten Greifers. Der Prozess begann mit einem Creaform-Laser-3D-Scan des Kraftstoffinjektors, erfasst mit der VX Elements-Modellierungssoftware. Dieser Scan lieferte ein präzises, hochauflösendes digitales Abbild, machte manuelle Messungen überflüssig und ermöglichte exaktes CAD-Modellieren.

Der erste Prototyp wurde auf einem Formlabs Form 3 SLA-Drucker mit Standard Black Resin gedruckt, um Passform und Funktion zu prüfen. Das Design bewies die Machbarkeit eines einteiligen Drucks für beide Greiferhälften und demonstrierte die Geschwindigkeit und Flexibilität der SLA-Fertigung.

Für die Serienfertigung wechselte STS zu Rigid 4000 Resin, einem glasfasergefüllten Polymer, das außergewöhnliche Steifigkeit, Haltbarkeit und eine hochwertige Oberfläche für den wiederholten Einsatz in der Fertigung bietet.

White Paper

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Ergebnisse

Die neuen Greifer erfüllten alle Leistungskriterien:

• Größere Kontaktfläche reduzierte Spitzenpressung, minimierte Injektorschäden und Greiferverschleiß.
• Radiale Bewegung schuf Innenraumfreiheit, beseitigte scharfe Kanten und sicherte sanftes Lösen.
• Präzise Geometrie positionierte den Injektor exakt, was zusätzliche Ausrichtvorrichtungen überflüssig machte.
• Geringere Greifkraft senkte den pneumatischen/hydraulischen Druckbedarf.
• Integrierte Sechskant-Aussparungen vereinfachten Montage und Wartung.
• Integrierte Serialisierung (z. B. Barcode-Prägung) eliminierte nachträgliche Etikettierschritte.

Diese Vorteile senkten insgesamt Kosten, verkürzten Lieferzeiten und steigerten die Zuverlässigkeit im Vergleich zu den bisherigen Greifern.

Fazit

Die Formlabs Form 3-Plattform in Kombination mit robusten CAD-Workflows zeigt eine leistungsstarke Alternative zur konventionellen Fertigung für kundenspezifisches Werkzeug. 3D-gedruckte Teile können die Haltbarkeit von Metallkomponenten erreichen oder übertreffen, bieten dabei überlegene Designfreiheit, schnellere Produktion und niedrigere Gesamtbetriebskosten.

STS Technical Group ist bereit, weiterhin hochdetaillierte, maßgeschneiderte Lösungen zu liefern – indem 3D-Druck genutzt wird, um den wachsenden Anforderungen der automatisierten Fertigung gerecht zu werden.

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