Kv schmal

Industrie: Anubis 3D - Greiferwerkzeug schafft die vierfache Kraft durch industrielle 3D-Druck

Dank additiver Fertigung erreicht ein Verpackungshersteller in kürzester Zeit ein fast unmögliches Ziel

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. (Quelle: Anubis 3D)
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. (Quelle: Anubis 3D)
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. 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. Was nach einer schier unmöglichen Herausforderung klang, war dank additiver Fertigung jedoch ein Kinderspiel. Die Langen Group wandte sich an Anubis, die dank der Fertigungssysteme von EOS eine clevere Lösung entwickeln konnte.

Herausforderung 

Um mit der maximalen Geschwindigkeit des Roboters arbeiten zu können, durfte der Greifer, der Cracker in Verpackungen befördert, zusammen mit dem Produkt nicht schwerer als zwei Kilogramm sein. Da die größte Verpackungseinheit bereits 1,5 Kilogramm auf die Waage brachte, musste das verwendete Endstück weniger als 500 Gramm wiegen. Tharwat Fouad, Präsident bei Anubis, fasst die grundlegende Herausforderung so zusammen: „Die Gewichtsbeschränkung schloss Aluminium oder Metallblech als Material aus. Für einen schwereren Metallgreifer hätten größere Roboter bestellt werden müssen, die teurer gewesen wären – zudem bestand auch noch ein hoher Zeitdruck.“

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 Fouad. „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.“

Fouad und sein Team hatten bereits für frühere Kundenprojekte den Markt studiert und wichtige Erkenntnisse über die jeweiligen Fertigungstechnologien gesammelt. „Wir stellten fest, dass Systeme zur additiven Fertigung von Kunststoffen vor allem im Rapid Prototyping verwendet werden“, erklärt Fouad. „Doch unsere Beweggründe waren völlig andere. Wir wollten funktionale Endkomponenten produzieren und waren überzeugt, dass der industrielle 3D-Druck auch dafür die richtige Technologie ist."

Lösung 

Nachdem die Entscheidung für die additive Fertigung stand, führte Tharwat Fouad eine detaillierte Analyse der zahlreichen auf dem Markt erhältlichen Fertigungssysteme durch und wählte schließlich das Modell FORMIGA P 100 aus dem Hause 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 Technologie wurden. Auch jetzt, einige Jahre später, sind wir mit unserer damaligen Entscheidung noch sehr zufrieden.“

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-Technologie ist diesbezüglich nämlich keinen Einschränkungen unterworfen.“ 

Ebenso wichtig für die Umsetzung der von Fouad angestrebten Endprodukte war die Werkstoffauswahl. Mit EOS-Systemen können beispielsweise hochwertige Polyamide, Polystyrole, thermoplastische Elastomere und Polyaryletherketone verarbeitet werden. „Das System ermöglicht es uns, eine schier endlose Palette an Bauteilen aus gängigen Werkstoffen der Branche zu produzieren“, berichtet Tharwat Fouad. 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 Vorteile der EOS-Technologie zeigten sich schnell. Zu den ersten von Anubis additiv gefertigten Teilen zählte auch ein Greifer für eine Blasformanwendung. Laut Fouad hat diese sein Team inspiriert und ihm bewiesen, was die additive Fertigung mit Kunststoffen möglich macht. Seitdem hat Anubis verschiedene ähnliche Werkzeuge für Kunden mit Spritzgussanwendungen oder Flaschenverpackungslinien sowie verschiedene Halterungen und Träger entwickelt und sich so als Innovationstreiber in vielen Branchen einen Namen gemacht. Inzwischen hat das Unternehmen zwei weitere EOS-Systeme erworben.

Ergebnisse

Anubis hat seinem Kunden dank den EOS-Systemen eine maßgeschneiderte Lösung für das Projekt präsentieren können. Statt einer traditionellen Metallvakuumplatte mit Luftkanälen – für deren Konzeption und Fertigung mehrere Monate hätten veranschlagt werden müssen – wurden leichtere und optimierte Komponenten entwickelt, die 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 (EOS-Werkstoff 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, das das Design der Strukturen durch eine Anpassung der Wanddicke an die geforderte Festigkeit bzw. Flexibilität organisch optimiert, speziell für die additive Fertigung konzipiert. „Durch die Effizienz des überarbeiteten Lochprofils wies der Greifer nun eine Saugkraft auf, die sogar das Gewicht einer Bedienperson hätte halten können“, erklärt Fouad. „Unser Kunde hat eine solche Leistung zuvor noch nicht gesehen.“

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.“


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

„Ich erkläre den Menschen, dass bei der additiven Fertigung anders als bei traditionellen Verfahren keine Grenzen gesetzt sind. Ein Designer kann alle möglichen Ideen verfolgen. So kann man das Gewicht des Teils verringern, dabei dessen Festigkeit bewahren und hübsche Produkte mit einer noch größeren Funktionalität herstellen – und das schneller und günstiger als jemals zuvor. Wir sprechen hier also von einem echten Wandel in der Fertigungsbranche.“

Tharwat Fouad, Präsident Anubis


Kurzprofil 

Anubis 3D ist eine Sparte der Anubis Manufacturing Consultants Corporation. Das Unternehmen mit Sitz im kanadischen Mississauga ist Spezialist für maßgeschneiderte Lösung im Bereich additive Fertigung.


Weitere Informationen

www.anubis3d.com

Kontakt 

Wiebke Jensen
EOS GmbH
Electro Optical Systems
Wiebke Jensen
Robert-Stirling-Ring 1
D-82152 München
Tel: +49 89 893 36 2485
wiebke.jensen@eos.info

Downloads und weiterführende Links

FORMIGA P 110

Kompaktes System das einen kostengünstigen und leistungsfähigen Einstieg in die Welt der Additiven Fertigung ermöglicht.

Additive Fertigung für die Industrie

Die Additive Fertigung von EOS vereinfacht termintreue Produktion und Lieferung von Kleinserien und Sonderbauteilen.