SoftGripping 将气动技术集成到面向食品行业的增材制造抓取器基座中
SoftGripping GmbH | 案例研究
在食品和包装行业，选择合适的抓取方案是确保产品质量、工艺可靠性和设备可用性的关键因素。食品的形状和尺寸往往存在天然差异，这对自动化处理流程构成了挑战。对于蔬菜或禽肉部位等产品而言，这一挑战尤为突出，因为在处理过程中必须确保其完好无损。
与此同时，抓取系统必须在不影响生产速度的前提下，应对高循环率、严格的卫生要求以及不断变化的产品几何形状。总部位于汉诺威的 SoftGripping GmbH 公司正是专注于应对这些挑战。 该公司将自适应硅胶指与模块化夹持系统、卫生设计原则以及气动功能相结合，以满足食品和包装行业中苛刻的应用需求。其产品组合还包括针对特定应用的夹持器工程支持，以及用于机器人自动化的完整末端执行器（EOAT）解决方案。
在开发新型气动夹爪底座的过程中，SoftGripping利用工业级增材制造 （采用EOS PA 2200材料）进行了制造。其目标是打造一款紧凑型底座部件，既能支撑硅胶手指，又能将气动分配系统直接集成到部件中。如何以可靠且经济高效的方式实现这一功能，成为该项目面临的核心工程挑战。
挑战
将气动功能与空气分配整合于单个组件之中
主要挑战在于抓取器底座本身的设计。需要将气路直接集成到底座部件中，以减少对外部组件和组装后连接器的依赖。目标是实现一种功能集成的设计，使零件数量更少、组装工作量更低，并减少潜在的泄漏点。
传统的减材制造无法将这一功能集成概念实现为单一组件。相反，这需要一个由多个部件组成的装配体，其中包括每个抓取指的独立部件，以及额外的连接器、密封件和气动元件。每个额外的接头都会增加设计复杂性，并产生潜在的泄漏点。在对卫生要求较高的气动应用中，尽量减少此类接口显然是一个优势。
为了在早期进行设计和适配验证，SoftGripping 采用熔融沉积建模（FDM）技术制作了原型。虽然这些原型在开发过程中支持快速的设计迭代，但它们无法满足最终量产部件所需的气密性和长期稳定性。因此，SoftGripping 需要一种制造解决方案，该方案能够将复杂的内部气道集成到单个部件中，提供可靠的气动功能，并满足食品行业严苛应用的要求。
解决方案
通过工业实现功能整合增材制造
SoftGripping 采用迭代工程方法，逐步优化几何结构、气动系统和功能，直至获得可投入生产的设计。初步测试重点在于利用灵活的测试装置验证夹持距离、接触点和几何结构，从而确定夹持器底座的具体要求。
在最终的夹爪底座选材上，SoftGripping 选择了 PA 2200，这是一种基于聚酰胺 12（PA12）的材料。该材料在机械性能和耐用性之间实现了均衡的结合，因此特别适用于需要高强度的气动夹爪应用。
最后一个部件由一家专业制造合作伙伴使用EOS系统的选择性激光烧结（SLS）技术制造而成。SLS技术使得气路能够直接集成到基体部件本身中。因此，不仅大大减少了对单独连接器和密封件的需求，还显著降低了相关的装配工作量。
最终形成了一种坚固的夹持器底座，它将气流分配、结构功能以及与硅胶手指的接口整合于单个增材制造 组件之中。与此同时，增材制造 提供了所需的设计自由度，能够经济高效地实现复杂且高度定制化的夹持器解决方案。
“借助 EOS 技术，我们成功研制出一种用传统制造方法无法实现的夹持器底座。设计灵活性、复杂的内部气路布局以及气密性的结合，是我们定制化解决方案的一大优势。”
SoftGripping GmbH 首席技术官 Alexey Stepanyuk
成果
更快实现功能性夹爪解决方案
新型抓取器底座不仅显著降低了开发和制造工作量，还提高了针对特定应用的变体设计的灵活性。开发时间缩短了约70%，从12周缩短至仅3周。
与其他生产方法相比，制造成本降低了50%。其中一个关键因素是将气动功能直接集成到部件中，从而实现了零件的整合。夹爪底座所需的接口更少，从而降低了设计复杂度、组装工作量以及潜在泄漏点的数量。
PA 2200 及其经过化学平滑处理的表面支撑结构设计，专为对卫生要求较高的食品行业应用而打造。通过对 SLS 部件进行针对性的后处理，可形成封闭且光滑的表面，从而更易于清洁。与此同时，EOS 的解决方案还能以经济高效的方式生产出复杂且定制化的抓取器几何结构。
该应用展示了如何利用SLS技术制造功能性终端部件，并用于工业小批量生产。对于SoftGripping而言，它能够实现全数字化开发和制造工作流程，其应用潜力涵盖从单件客户项目到标准产品的批量生产。因此，新的夹持器解决方案可以更快速、更经济地进行测试、调整和实施。
“增材制造 让我们能够根据功能和应用需求自由设计夹爪组件。对于我们的客户而言，这意味着更快的开发流程、更大的灵活性，以及完全根据其需求量身定制的解决方案。”
SoftGripping GmbH 首席技术官 Alexey Stepanyuk
技术数据
- 材料：EOS PA 2200 (PA12)
- 技术：选择性激光烧结（SLS）
- 系统：EOS 系统
- 开发周期：从初步应用测试到最终定制夹爪设计共3周
