Greifer Viermal so stark durch 3D-Druck

Redakteur: Simone Käfer

Mit additiver Fertigung hat ein Verpackungshersteller in kürzester Zeit ein scheinbar unmögliches Ziel erreicht. Die Roboter für den Pick-&-Pack-Bereich waren bereits bestellt, als die Langen Group, Zulieferer eines großen amerikanischen Lebensmittelherstellers, die Konzeption eines Greiferarms in Angriff nahm.

Anbieter zum Thema

Vollständige Sauggreifer-Baugruppe von Anubis, hier an einem Roboter befestigt.
Vollständige Sauggreifer-Baugruppe von Anubis, hier an einem Roboter befestigt.
(Bild: Anubis 3D)

Mit seiner Hilfe sollten die Roboter abgepackte und gestapelte Cracker greifen und in Kartons verpacken. Dann stießen die Ingenieure auf ein Problem: Der Greifer musste ultraleicht sein. Eine schier unmöglichen Herausforderung. Um mit der Höchstgeschwindigkeit des Roboters arbeiten zu können, durfte der Greifer zusammen mit dem Produkt nicht schwerer als 2 kg sein. Da die größte Verpackungseinheit bereits 1,5 kg auf die Waage brachte, musste das verwendete Endstück unter 500 g wiegen. Diese Gewichtsbeschränkung schlossen Aluminium und Metallblech als Material aus.

Darüber hinaus sollte sich das Werkzeug ohne Muttern und Schrauben befestigen lassen, damit das Bedienpersonal die Greifereinheiten einfach und vor allem schnell auswechseln kann. „Es gab insgesamt zwei völlig verschiedene Konfigurationen, verschiedene Formen und drei Kartongrößen, wobei jeweils zwei kleine Kartons oder ein großer Karton bestückt werden müssen“, erklärt Tharwat Fouad, Präsident von Anubis 3D, einem Fertiger von 3D-Druck-Lösungen. „Der Kunde wünschte sich ein Werkzeug, das sich für alle Kartongrößen eignet und dabei nicht mehr als ein halbes Kilo wiegt. Und das natürlich so schnell wie möglich.“

Die Teilnehmer: Anubis 3D und EOS

Fouad und sein Team hatten bereits für frühere Kundenprojekte den Markt studiert und wichtige Erkenntnisse über die jeweiligen Fertigungstechniken gesammelt. „Wir stellten fest, dass Systeme zur additiven Fertigung von Kunststoffen vor allem im Rapid Prototyping verwendet werden“, erklärt Fouad. „Doch unsere Aufgabe war eine völlig andere: Wir wollten funktionale Endkomponenten produzieren und waren überzeugt."

Trotzdem sah das Team in der additive Fertigung die passende Lösung. Nach einer detaillierte Analyse der auf dem Markt erhältlichen Fertigungssysteme, entschied Anubis 3D sich für Formiga P 100 von EOS. „Innerhalb weniger Tage hatte EOS das System geliefert und in Betrieb genommen. Die Bedienung war relativ einfach zu erlernen. EOS war dabei immer an unserer Seite, bis wir selbst Experten für die Technik wurden. Auch jetzt, einige Jahre später, sind wir mit unserer damaligen Entscheidung noch sehr zufrieden.“

Die Formiga P 110 verarbeiet Kunststoffe. Sie druckt direkt aus digitalen CAD-Daten bis zu einer Bauhöhe von 330 mm.
Die Formiga P 110 verarbeiet Kunststoffe. Sie druckt direkt aus digitalen CAD-Daten bis zu einer Bauhöhe von 330 mm.
(Bild: EOS)

Um die Akzeptanz der additiven Fertigung zu steigern, ist es laut Fouad elementar, jahrzehntealte Denkmuster aufzubrechen. „Es ist möglich, anstelle von Metall Kunststoffe einzusetzen, wenn dies ingenieurswissenschaftlich fundiert erfolgt. Man muss sich auf die Teilegeometrie konzentrieren und die traditionellen Bedenken bezüglich der Komplexität von Bauteilen einfach über Bord werfen. Die EOS-Technik ist diesbezüglich nämlich keinen Einschränkungen unterworfen.“

Die Umsetzung: Material und Design

Ebenso wichtig für die Verwirklichung der von Fouad angestrebten Endprodukte war die Werkstoffauswahl. Mit EOS-Systemen können beispielsweise hochwertige Polyamide, Polystyrole, thermoplastische Elastomere und Polyaryletherketone verarbeitet werden. Dabei arbeitet es mit einem leistungsstarken Laser und Präzisionsoptik, um Bauteile schnell und akkurat zu fertigen. Der Laserstrahl verschmilzt Schicht für Schicht das pulverförmige Kunststoffmaterial und erzeugt so hochkomplexe Teile.

Die Unterseite des Sauggreifers, dessen Kanäle im Saugloch oben am Werkstück münden: Es wäre unmöglich gewesen, diese Löcher mit einem konventionellen Verfahren herzustellen, mit der additiven Fertigung jedoch war es ein Kinderspiel.
Die Unterseite des Sauggreifers, dessen Kanäle im Saugloch oben am Werkstück münden: Es wäre unmöglich gewesen, diese Löcher mit einem konventionellen Verfahren herzustellen, mit der additiven Fertigung jedoch war es ein Kinderspiel.
(Bild: Anubis 3D)

Statt einer traditionellen Metallvakuumplatte mit Luftkanälen – für deren Konzeption und Fertigung mehrere Monate hätten veranschlagt werden müssen – wurden leichtere Komponenten entwickelt, die unter anderem durch eine bessere statische Konstruktion die vierfache Greifkraft der Vorgängerbauteile besaßen. Es war nur eine Woche nötig, um das neue Greiferwerkzeug additiv zu fertigen, zusammenzubauen und final auf seine Einsatzfähigkeit zu prüfen.

Für das Hauptsaugelement wurde Polyamid 12 (PA 2200) verwendet, da es äußerst flexibel ist, Verformungen standhalten kann und gemäß United States Pharmacopeia (USP) Class VI für den Lebensmittelkontakt zugelassen wurde. Die Wanddicke des Sauggreifers variierte je nach Abschnitt zwischen 2 und 3,5 mm. Die Bauteile wurden mithilfe eines Softwareprogramms speziell für die additive Fertigung konzipiert, das die Wandstärken so designte, dass der Greifer der geforderten Festigkeit und Flexibilität entsprach. „Durch die Effizienz des überarbeiteten Lochprofils wies der Greifer nun eine Saugkraft auf, die sogar das Gewicht einer Bedienperson hätte halten können“, ist Fouad begeistert. „Unser Kunde hat eine solche Leistung zuvor noch nicht gesehen.“

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Vollständige Sauggreifer-Baugruppe von Anubis, hier an einem Roboter befestigt.
Vollständige Sauggreifer-Baugruppe von Anubis, hier an einem Roboter befestigt.
(Bild: Anubis 3D)

Der Erfolg: Zufriedene Kunden

Die Langen Group lieferte die Sauggreifer aus und montierte sie auf den neu eingetroffenen Robotern im Werk des Cracker-Herstellers. „Ein Werkzeug zu entwickeln und herzustellen, das die von uns gewünschten Greifeigenschaften aufweist und dabei noch die Nutzlastbeschränkungen des Roboters berücksichtigt, wäre früher gar nicht möglich gewesen“, sagt Robert Husnik, Engineering Manager bei der Langen Group. „Dank der gestalterischen Freiheit, die uns die additive Fertigung bietet, sind wir nunmehr in der Lage, regelrecht Unmögliches zu vollbringen.“

(ID:44472393)