Keine Seile, keine Grenzen: WCB Robotics skaliert intelligente Fassadenreinigung mit EOS SLS
WCB Robotics | Fallstudie
Jeden Tag hängen Arbeiter noch immer an Seilen, um die Fenster von Wolkenkratzern zu reinigen – eine gefährliche Arbeit, die langsam, kostspielig und wetterabhängig ist. WCB Robotics hat sich zum Ziel gesetzt, dies mit E.L.M.O. zu ändern, einem batteriebetriebenen, seillosen Fassadenreinigungsroboter, der mit menschenähnlicher Qualität klettert und reinigt und dabei nur etwa 1 Liter Wasser pro Reinigung verbraucht. Mit einem Gewicht von weniger als 16 kg und einer Konstruktion, die selbst bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h sicher ist, bringt E.L.M.O. gleichbleibende Qualität und Sicherheit in eine Aufgabe, die in 99 % der Wolkenkratzer immer noch von Handarbeit abhängt.
Um diesen Sprung zu schaffen, benötigte WCB Robotics serienreife Teile, die enge Toleranzen erfüllen, Hitze, Feuchtigkeit und UV-Strahlung standhalten und das Gesamtgewicht des Systems gering halten – und das bei mehr als 500 einzigartigen Komponenten. Herkömmliche Bearbeitungsverfahren und 3D-Druck in Verbraucherqualität konnten hier nicht mithalten. Das selektive Lasersintern (SLS) von EOS mit PA 2200 ermöglichte die Designfreiheit, Haltbarkeit und Wiederholbarkeit, die das Team benötigte, um von Prototypen zu einem robusten, einsatzbereiten Produkt zu gelangen.
Herausforderung
Mit der Weiterentwicklung der Designs wuchsen die Teile von WCB Robotics über die Grenzen der Dreh-/CNC-Bearbeitung und der Acrylplattenherstellung hinaus. Komplexe interne Kanäle, KI-optimierte organische Geometrien und immer engere Toleranzen machten die Bearbeitung langsam, teuer und in vielen Fällen unmöglich. Versuche mit FDM und SLA zeigten Einschränkungen auf: inkonsistente Toleranzen, schlechte Kriech- und Temperaturbeständigkeit, Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit und arbeitsintensive Entfernung von Stützstrukturen, die Teile beschädigten und den Durchsatz verlangsamten. Das Team benötigte direkt aus dem Bau stammende Produktionsteile mit der für einen Roboter erforderlichen Steifigkeit im Verhältnis zum Gewicht und Umweltbeständigkeit, der weltweit eingesetzt werden muss – von 55 °C und 99 % Luftfeuchtigkeit bis zu Minustemperaturen in trockenen Wintern –, ohne dass die Kosten oder Vorlaufzeiten in die Höhe schnellen.
Lösung
WCB Robotics standardisierte EOS SLS und Nylonmaterial zur Herstellung von strukturellen Chassis-Elementen, einer vollständig SLS-gedruckten Roboterabdeckung und wichtigen Baugruppen – darunter eine leichte Peristaltikpumpe, eine zum Patent angemeldete Mehrfachanschluss-Wasserflasche und ein CFD-optimierter Abzieher –, die direkt aus dem Drucker in Betrieb genommen werden können.
„Der 3D-Druck hilft uns, die Grenzen der traditionellen Fertigung zu überwinden und in eine Welt einzutreten, in der die Form ausschließlich von der Funktion bestimmt wird. Mit jeder Schicht erwecken die SLS-Maschinen von EOS die Fantasie von Träumern zum Leben – und lassen Produkte wie unseren Roboter E.L.M.O. entstehen, die zuvor niemals hergestellt werden konnten.“
Ujjawal Aggarwal, Gründer von WCB Robotics.
EOS SLS machte das Entfernen von Stützstrukturen überflüssig, bewahrte filigrane Merkmale und ermöglichte die Herstellung feiner Details bis zu einer Größe von ~0,5 mm, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Die Wahl des Materials – EOS PA 2200 – bot die richtige Kombination aus Steifigkeit im Verhältnis zum Gewicht, Kriechfestigkeit, thermischer Stabilität und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Entscheidend war, dass die Prozesskonsistenz von EOS WCB Robotics eine wiederholbare Qualität über alle Chargen hinweg ermöglichte, wodurch Nacharbeiten reduziert und die nachgelagerte Montage vereinfacht wurden. Nach Aussage von WCB Robotics war dies der entscheidende Faktor, der die Produktion kleiner Losgrößen mit hoher Komplexität von einer unerschwinglich teuren zu einer rentablen Angelegenheit machte.
„Ausschlaggebend waren die Leistung von PA 2200 und die Wiederholgenauigkeit der Maschinen von EOS. Wir erhalten komplexe Geometrien, ultraleichte Konstruktionen und Maßhaltigkeit in einem Arbeitsgang – ohne Kompromisse.“
Engineering-Team – interne Zusammenfassung, WCB Robotics
Ergebnisse
Die Umstellung auf EOS SLS veränderte sowohl die Produktfähigkeit als auch den Geschäftsrhythmus. Technisch gesehen erzielte WCB Robotics eine konsistente Maßkontrolle bei über 500 einzigartigen Teilen, integrierte interne Strömungswege, die mit der maschinellen Bearbeitung nicht realisierbar waren, und langlebige Polymerkomponenten, die rauen Klimabedingungen standhalten und gleichzeitig das Systemgewicht gering halten. Operativ gesehen entfiel der Arbeitsaufwand für die Entfernung von Stützstrukturen, der Ausschuss wurde reduziert und die Iterationsschleifen verkürzt – was die Markteinführungszeit verkürzte und einsatzfähige Konstruktionen ermöglichte, die mit einer Geräuschentwicklung von ca. 75 dB leise sind und gleichzeitig die Reinigungsqualität aufrechterhalten.
Der Reinigungsroboter E.L.M.O. von WCB Robotics arbeitet nun zuverlässig mit der 3D-gedruckten Pumpe, Wasserflasche, Abzieher, Antriebssystemen und Abdeckung. Die Fertigung kann leicht skaliert und an die Marktbedürfnisse angepasst werden. Dies ist mit einem geringen Betriebsrisiko verbunden, da die bedarfsorientierte Produktion die Lagerkosten und das Risiko von Überbeständen minimiert.
„EOS SLS hat nicht nur den Roboter möglich gemacht, sondern auch das Geschäft skalierbar. Wir können schnell iterieren, wiederholbar bauen und mit Zuversicht ausliefern.“
Ujjawal Aggarwal, Gründer, WCB Robotics
Da die Komplexität des Roboters nach der Umstellung auf SLS erheblich zugenommen hatte, waren vergleichbare Tests mit früheren Verfahren nicht mehr durchführbar. In der Praxis konnten jedoch viele der aktuellen Teile von vornherein nicht mit dem angestrebten Gewicht bearbeitet werden. Bei bestimmten Komponenten stellte WCB eine bis zu fünffache Kostendifferenz gegenüber der Bearbeitung fest, was unterstreicht, warum SLS der einzige gangbare Weg für die Produktion kleiner Serien mit hoher Komplexität ist.
Auf einen Blick
- 18-mal weniger Arbeitsaufwand für Stützstrukturen durch den Wegfall von Stützstrukturen und die Minimierung der Nachbearbeitung. Ein repräsentatives Beispiel, ein Saugnapf, konnte von etwa 9 Stunden manueller Arbeit auf etwa 30 Minuten reduziert werden.
- Beschleunigte Markteinführung durch schnelle Designiteration und direkte Fertigung funktionaler Endverbrauchsteile.
- Senkung der Stückkosten für kleine Serien mit hoher Komplexität durch Zusammenfassung mehrstufiger Bearbeitungsprozesse in einem einzigen SLS-Fertigungsprozess. In bestimmten Fällen erwies sich SLS als bis zu fünfmal kostengünstiger als die maschinelle Bearbeitung.
- Verbesserte Zuverlässigkeit im Einsatz bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten: FDM-Teile in Verbraucherqualität versagten in der Regel bei etwa 45 °C, während SLS-Teile selbst bei schlankeren Designs bis zu 60 °C robust blieben.
- ~ 68 % reduzierte Systemmasse durch Erreichen des 16-kg-Ziels; ein vergleichbares maschinell gefertigtes Design wird auf 30–50 kg geschätzt.
- Nachweislich leiser Betrieb bei ~75 dB – geeignet für Live-Ausstellungen und Vorführungen in Innenräumen – bei gleichbleibender Reinigungsqualität (ermöglicht durch eine auf die Anwendung zugeschnittene Geometrie).
Kurzes Unternehmensprofil
WCB Robotics (Hyderabad, Indien) baut E.L.M.O., einen seillosen, intelligenten Fassadenreinigungsroboter, der Hochhausglas sicher und nachhaltig reinigt. E.L.M.O. verwendet patentierte kontaktlose Saugtechnik, Sicherheitselektronik in Automobilqualität und verbraucht pro Reinigung etwa 1 Liter Wasser, während er bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 100 km/h arbeitet.
