3D-Druck-Greifer

Ein Stern packt zu

Mit Additiver Fertigung zur Leichtbau-Roboterhand. Was, wenn ein Unternehmen für seine Fertigung eine kleine Serie maßgeschneiderter Bauteile benötigt? Vor dieser Herausforderung standen die ASS Maschinenbau aus Overath und ihr Kunde, Theo Hillers aus Kall in der Eifel. Letzterer fertigt unter anderem für Unternehmen aus der Pharmabranche Filtersiebe im Spritzgussverfahren. Roboterhände entnehmen die fertigen Teile.

Die von der ASS Maschinenbau entwickelte Roboterhand ist seit dem Frühjahr 2014 täglich im Einsatz beim Unternehmen Theo Hillers. (Foto: ASS Maschinenbau)

Theo Hillers ist seit über 30 Jahren international im Bereich Kunststoff-Spritztechnologie tätig. Das Unternehmen beliefert weltweit Kunden aus Automobil-, Elektro-, Pharmaindustrie und der Medizintechnik. Hillers war auf der Suche nach einer Lösung für die Handhabung von Filtersieben und deren Angüssen, angedockt an ein Angussentnahmegerät, oft auch Angusspicker genannt. Standardisierte Automatisierungstechnik stieß bisher an ihre Grenzen: weitere Nutzung des vorhandenen Angusspickers, viele kleine Kavitäten auf engstem Raum, eine Steigerung der Qualität, begrenzter Raum und ein Maximalgewicht der Roboterhand von circa 500 Gramm sowie Reduzierung der Gesamtkomplexität. Ein neues Verfahren musste her. ASS Maschinenbau aus Overath nahm sich dieser Aufgabenstellung an.

Bei der bisherigen Lösung hat der Angusspicker über ein zweiachsiges Linear-Handling mit zusätzlicher Schwenkachse den Anguss entnommen und die Filtersiebe als Fallteile auf ein Förderband abgeworfen. Mit dem neuen Herstellungsprozess gelang es, die Prozesssicherheit zu optimieren und den Ausschuss zu minimieren, weil die Filtersiebe nicht mehr als Fallteile behandelt werden mussten: Eine saubere Entnahme und Ablage auf einem Förderband waren zwingende Zielvorgaben.

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Für die Umsetzung bestanden zwei Optionen, nämlich entweder ein neues Linear-Handling mit Aluminiumroboterhand zur Entnahme, oder eine Lösung, um die bestehende Handling-Einheit weiter zu nutzen – aus Kostengründen die bevorzugte Herangehensweise. Der Schritt zu einer neuartigen Roboterhandlösung brauchte Pioniergeist und den Mut: Im Gegensatz zu den Greifern aus den aluminiumbasierten Baukastensystemen gab es im Bereich der Leichtbau-Roboterhände aus Polyamid nur wenig praxisbezogene Erfahrungswerte, umso mehr dafür in anderen Bereichen beim Einsatz von Teilkomponenten aus Polyamid.

Die Vakuumsauger der Roboterhände aus Polyamid legen die Filtersiebe sanft auf dem Förderband ab. (Foto: ASS Maschinenbau)

Additive Fertigung
Die bei ASS PA-Forming genannte Additive Fertigung bot hierfür den am besten geeigneten Lösungsansatz, denn sie ermöglichte die weitere Nutzung des vorhandenen Systems beim Kunden. Den Konstrukteuren war maximale Konstruktionsfreiheit gegeben – ideal für den Bau der Roboterhände mit ihren komplexen Geometrien. Da die Produkte über ein Vakuum mit Saugern entnommen werden, haben die Ingenieure vor der eigentlichen Konstruktion des Greifers entsprechende Tests durchgeführt: Die Roboterhände mussten über das erzeugte Vakuum acht, beziehungsweise zwölf Kavitäten ansaugen und auch halten können. Diese Tests ergaben, dass die zwölffache Roboterhand vier Luftkreise für je drei Artikel und die achtfache Roboterhand vier Luftkreise für je zwei Artikel benötigte.

Anhand der erarbeiteten Ergebnisse wurden die Luftführungen entsprechend in die CAD-Daten integriert. Die innenliegenden Luftführungen bieten in der Anwendung den Vorteil, dass kein zusätzliches Gewicht für Luftschläuche anfällt und dass die Roboterhand wesentlich aufgeräumter und damit weniger komplex ist; zudem sinkt dadurch die Wartungszeit. Um weiteres Gewicht einzusparen, wurden die Anbindungen für die Vakuumsauger ebenfalls direkt in die Roboterhände konstruiert, anstatt wie bisher Adapter aus Messing zu verwenden; außerdem ist so ein unkomplizierter Wechsel der Sauger möglich. ASS kombinierte nun die Anzahl der Kavitäten, die Luftführungen, die Anbindung an das Linear-Handling und die Entnahmevorrichtungen so, dass die Grenzen von Gewicht und Platz eingehalten werden und die Roboterhände zugleich stabil und sicher vor Ermüdungsbrüchen sind.

Nach Abschluss der umfangreichen Planungen erfolgte die eigentliche Fertigung im Frühjahr 2014 innerhalb nur einer Nacht im Schichtbauverfahren. Zum Einsatz kam dabei EosinT P 390 des Herstellers EOS. Nachdem die CAD-Daten überspielt waren, nutzte die Maschine ihren Laser, um das Bauteil Schicht für Schicht aus Kunststoffpulver aufzubauen. Nach Entnahme und Reinigung von überschüssigem Polyamid wurden Vakuumsauger, Anschlüsse für die Luftzuführung, die Greifzange und die benötigten Anschlusskomponenten montiert: Die fertige Leichtbau-Roboterhand war bereit zur Inbetriebnahme.

Ergebnis: fehlerfrei
Für die erste Anwendung wurde eine Leichtbau-Roboterhand aus Polyamid in Form eines Sterns gefertigt. Der Roboterarm verfügt über zwölf Vakuumsauger und eine Greifzange. Die Sauger sorgen dafür, dass die bisherigen Fallteile nun sauber auf einem Förderband abgelegt werden, die Greifzange entnimmt den Anguss der Filtersiebe. Die Luftführungen für Vakuumsauger und Greifzange sind innenliegend in der Roboterhand integriert, ebenso wie die Adapter für die Sauger. Bei einem Durchmesser von fast 250 Millimetern und einer Bauhöhe von etwa 110 Millimetern wiegt die Roboterhand aus Polyamid weniger als 400 Gramm und konnte so mit der Greifzange für den Anguss ergänzt werden.

„Bereits unmittelbar nach Inbetriebnahme der additiv gefertigten Roboterhand konnten ablagebedingte Fehler an den Filtersieben nicht mehr beobachtet werden“, lobt Tobias Klinkhammer, Leiter Spritzgießfertigung der Theo Hillers. „Diese Lösung abseits der konventionellen Systeme aus Aluminiumprofilen hat unsere Erwartungen im Handling und unser Ziel, den Ausschuss zu reduzieren, erfüllt.“

Die neuartigen Roboterhände halten damit die engen Rahmenbedingungen an Abmessungen und Gewicht ein. Fertigung und Inbetriebnahme erfolgten für ASS Maschinenbau und ihren Kunden Theo Hillers einfach und schnell. Mit den innovativ gefertigten, sehr leichten und kompakten Roboterhänden konnte der Pharmazulieferer seine Prozesssicherheit steigern und dadurch die geringfügig höheren Fertigungskosten mehr als ausgleichen. Damit haben das neue Greifersystem und sein Herstellungsverfahren alle Ziel-vorgaben erreicht. bw

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