Additiv gefertigte Robotergreifer in der Serienproduktion
Kostenoptimierung, Flexibilität und Schnelligkeit
BEULCO verwendet Parallelgreifer und Sauggreifer für das Werkstückhandling mit Robotern, was uns vor einige Herausforderungen stellt. Bei der Metallbearbeitung müssen die Werkstücke zwei Schritte durchlaufen. Im ersten Schritt müssen die Bauteile entgratet werden, um dann im zweiten Schritt bearbeitet zu werden. In beiden Prozessschritten werden die Anlagen von Robotern beladen. Alle gepressten Werkstücke haben individuelle Konturen und es gibt auch eine Vielfalt von über 300 verschiedenen Ausführungen. Zudem führten die hohen Werkzeugkosten zur Suche nach einer kostengünstigeren Alternative zu den bestehenden Metallgreifern. Ziel war es, kostengünstige, maßgeschneiderte und industrietaugliche Robotergreifer herzustellen.
Datum: 29.9.2023 | Lesezeit: 5. Min.
Der Ursprung der Idee
Auf der EMO 2019 in Hannover entdeckte Lutz Schopen, Head of Technology, die Technologie der industriellen Markforged 3D-Drucker. Die Möglichkeit, die Bauteile während des Drucks mit Endlos-Carbonfasern zu verstärken, war für ihn das Hauptkriterium für die Investition. Er erkannte schnell, dass diese Technologie für BEULCO ein Game Changer im Bereich der Greifertechnologie werden könnte. Er erhoffte sich davon eine drastische Kostenreduzierung im Bereich der End-of-Arm-Werkzeuge.
Steile Lernkurve
Ein erstes Musterbauteil der Mark3D GmbH lieferte bei den ersten Tests auf dem eigenen Prüfstand schnell beeindruckende Ergebnisse. Auf diesem Prüfstand wurden erste Verschleißtests durchgeführt und Erfahrungen gesammelt. Unter anderem wurde ein eigenes Konzept zur Anbindung des Greifers an den Roboter entwickelt, nachdem ein Umdenken in der Konstruktion stattgefunden hatte. Die Greifer wurden nun in der Konstruktionsphase für die additive Fertigung optimiert.
Im Zuge dessen wurde die Anbindung der Greifer von einem Kraftschluss auf einen Formschluss umgestellt. Dabei wird die Nut des Greifers in eine C-Nut des Roboters geschoben, mit einer Platte geklemmt und verschraubt. Dadurch wurden die Schwachstellen der Befestigung beseitigt. Dank des modularen Aufbaus ist es nun möglich, die Greifer in beiden Bearbeitungsschritten an den Roboteranlagen einzusetzen.
Erwartungen übertroffen
"Keine Spielerei, sondern echte Produktionsmittel bei der BEULCO GmbH & Co. KG", betont Lutz Schopen. Die neuen additiv gefertigten Greifer erfüllen die Anforderungen in 99% der Anwendungen. Die Sauggreifer sind teilweise schon über 200.000 Zyklen im Einsatz und zeigen keinen messbaren Verschleiß. Die hohen Belastungen durch schnelle Bewegungen beeinträchtigen die Haltbarkeit ebenso wenig wie die Kühlschmierstoffe, mit denen die Bauteile in Kontakt kommen.
Zudem konnten die Beschaffungszeiten (Fremdbezug) von 4-6 Wochen auf 1-2 Tage, im besten Fall auf 24 Stunden, deutlich reduziert werden. Hinzu kommen enorme Einsparungen. Bei über 330 Paar bedruckten Greifern und Sauggreifern konnten bereits 200.000 € eingespart werden.
Für die Zukunft sind noch Ersatzgreifer und Greifer in neuen Ausführungen geplant. Diese werden nach wie vor regelmäßig nachgefragt. Die BEULCO GmbH & Co. KG sieht ein weiteres Anwendungsfeld in additiv gefertigten Spannvorrichtungsbacken für die Serienfertigung von Werkstücken auf Drehautomaten und Bearbeitungszentren. Hier sieht sich BEULCO mit Herausforderungen wie starken Kräften und hoher Wärmeentwicklung konfrontiert. Gemeinsam mit der Mark3D GmbH wird an einer Lösung gearbeitet.
Ausblick
Wo stehen wir heute?
Aber das war nur der Anfang. Wir haben die Produktion von Ersatzgreifern und Greifern in neuen Ausführungen ausgebaut, um der ständigen Nachfrage gerecht zu werden. Darüber hinaus wurde ein weiteres Anwendungsfeld definiert: additiv gefertigte Spannvorrichtungsbacken für die Serienfertigung von Werkstücken auf Drehautomaten und Bearbeitungszentren.
Hier kommt unser fundiertes Know-how auf dem Gebiet des 3D-Drucks in der Produktion zum Tragen. Die additive Fertigung ermöglicht nicht nur die Herstellung von hochfesten Bauteilen, sondern eröffnet auch flexible, individuelle Lösungen. Dank des modularen Aufbaus unserer Greifer können wir diese nun in beiden Prozessschritten einsetzen. Das trägt nicht nur zur Kosteneffizienz bei, sondern erhöht auch die Flexibilität unserer Produktion erheblich.
Darüber hinaus zählen wir nun auch unsere hauseigene Konstruktions- und Entwicklungsabteilung zu unseren Kunden. Hier fertigen wir konstruierte Bauteile und Prototypen - schließlich lassen sich die Daten am "echten" Objekt viel besser beurteilen. Auch in der Qualitätssicherung erstellen wir Messunterlagen für unsere Messprojektoren, um Teile optimal auszurichten und die Fehlerquote zu minimieren.
Der Einsatz der 3D-Drucktechnologie hat sich für BEULCO als eine strategisch kluge Entscheidung erwiesen.