HellermannTyton fertigt Robotergreifer mit FDM schneller

Der FDM-3D-Druck wird in Fabriken nicht nur für Prototypen eingesetzt, sondern auch für spezielle Werkzeuge, die täglich in der Produktionslinie verwendet werden. HellermannTyton, Hersteller von Kabelmanagement-Produkten, hat damit begonnen, Aufsätze für Roboterarme intern mit FDM zu fertigen. Die Erfahrungen des Unternehmens zeigen, wie sich Änderungen am Design von Kleinserien und produktspezifischen Hilfswerkzeugen beschleunigen und in den Produktionsablauf integrieren lassen.

Warum ist das Werkzeug am Roboterarm wichtig?

Als End-of-Arm-Tooling bezeichnete Werkzeuge am Roboterarm übernehmen Aufgaben wie Greifen, Transportieren, Ausrichten oder Verpacken von Teilen. Diese Vorrichtungen werden häufig auf ein bestimmtes Produkt und einen konkreten Automatisierungsschritt in der Produktionslinie zugeschnitten. Wenn Entwurf, Fertigung und Änderung eines Spezialwerkzeugs im herkömmlichen Beschaffungsprozess von einem externen Lieferanten abhängen, können Überarbeitungen Wochen dauern. In einem Beispiel, über das das Unternehmen gegenüber dem TCT Magazine berichtete, konnten neue Entwürfe durch die interne Fertigung innerhalb weniger Tage getestet werden.

HellermannTyton berichtet, bislang 38 verschiedene Werkzeuge auf einem Stratasys-Fortus-450-System gedruckt zu haben, die insgesamt bereits zig Millionen Zyklen absolviert haben. Den vom Unternehmen veröffentlichten Ergebnissen zufolge sanken Werkzeuggewicht und Lieferzeit um bis zu 50 Prozent und die Kosten um bis zu 75 Prozent. Diese Zahlen beziehen sich auf den Einsatz in einem bestimmten Unternehmen und bedeuten nicht, dass sich bei jedem Teil oder an jedem Standort dieselben Vorteile erzielen lassen.

Wie wurden Bedenken hinsichtlich der Festigkeit berücksichtigt?

Als die additive Fertigung erstmals in Betracht gezogen wurde, fragte sich das Team, ob Kunststoffteile den Belastungen standhalten würden – insbesondere hinsichtlich der Festigkeit zwischen den Schichten und der zyklischen Beanspruchung. Nach Versuchen mit dem Lieferanten SYS Systems wurde ein kohlenstofffaserverstärktes Nylon-12-Material geprüft und das entworfene Werkzeug unter realen Betriebsbedingungen getestet. Entscheidend ist dabei, das Material nicht allein anhand von Katalogangaben auszuwählen, sondern ein Testteil herzustellen, das die tatsächliche Greifkraft, Belastungsrichtung, Kontaktfläche und wiederholte Zyklen abbildet.

Das Verhalten von FDM-Teilen kann von der Druckausrichtung und der Werkzeugbahn beeinflusst werden. Bei einer Vorrichtung am Roboterarm, die Lasten aufnehmen muss, sollten daher die Ausrichtung des Modells, die Geometrie der Verbindungspunkte und die Lage der Schichten im Verhältnis zur Belastungsrichtung bereits beim Entwurf berücksichtigt werden. Könnte ein Bruch die Sicherheit oder Produktqualität beeinträchtigen, darf die Test- und Validierungsphase nicht ausgelassen werden.

Für welche Unternehmen ist dieser Ansatz geeignet?

Dieser Ansatz kann besonders für Produktionslinien interessant sein, an denen Produkte häufig wechseln, nur wenige spezielle Greifer oder Führungen benötigt werden und Werkzeuge regelmäßig überarbeitet werden müssen. Zunächst werden die Funktion der vorhandenen Vorrichtung, die auf sie wirkende Last, die Anzahl der Zyklen und die Betriebsumgebung dokumentiert. Anschließend wird geprüft, ob sich das Design für den Druck eignet; falls sinnvoll, wird ein Prototyp in der realen Produktionslinie getestet. Bei erfolgreichem Ergebnis lassen sich Ersatzteile anhand der digitalen Datei erneut fertigen. Anwendungen mit hohen Temperaturen, Chemikalienkontakt oder kritischen Sicherheitsanforderungen erfordern jedoch eine gesonderte fachliche Prüfung der Material- und Designauswahl.

Der von Ucuz3D angebotene 3D-Druckservice für FDM-geeignete Vorrichtungen, Gehäuse und Spezialwerkzeuge kann ein erster Schritt sein, um die Eignung einer Datei für die Fertigung beurteilen zu lassen. Bei der Materialauswahl können Sie sich über die Optionen für den 3D-Druck mit technischen Werkstoffen informieren; eine Kostenschätzung erhalten Sie auf der Seite günstige 3D-Druckpreise. Da Volumen und Materialwahl die Kostenberechnung beeinflussen können, hilft außerdem der Leitfaden zu den Auswirkungen der Druckausrichtung auf die Bauteilfestigkeit dabei, Designentscheidungen besser abzustimmen.

Die praktische Lehre aus dem Beispiel von HellermannTyton ist nicht, dass FDM jedes Fabrikwerkzeug ersetzen kann. Vielmehr ist es eine Fertigungsalternative, die sich vor Ort für geeignete Geometrien, Kleinserien und häufig überarbeitete Vorrichtungen testen lässt. Entscheidend für den Erfolg in der Produktionslinie sind nicht allein der Drucker, sondern auch das richtige Material, ein auf die Belastung abgestimmtes Design und die Validierung unter realen Einsatzbedingungen.