Mit intelligenten Greifsystemen 3D-Druck effizienter machen

Kaum eine Technologie entwickelt sich derzeit so rasant wie die additive Fertigung. Der Markt boomt: Eine aktuelle PwC-Studie prognostiziert bis 2030 ein jährliches Wachstum von durchschnittlich 13 bis 23 Prozent auf 22,6 Mrd. Euro. Das Potenzial der Technologie, durch die sich Werkstücke durch das schichtweise Auftragen von Material erzeugen lassen, gilt als derart disruptiv, dass sich ihre Auswirkungen bislang nur erahnen lassen. Ob Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder Fahrzeugindustrie – immer öfter erhält 3D-Druck Einzug in gängige Produktionsprozesse und erschließt stetig neue Einsatzfelder.

Während das Verfahren aktuell noch primär genutzt wird, Prototypen herzustellen, scheint allmählich die Schwelle zur Industrialisierung erreicht: Laut einer Bitkom-Studie besitzt mittlerweile mehr als jedes vierte Industrieunternehmen in Deutschland einen 3D-Drucker. Damit die Technologie zumindest in der Fertigung kleiner bis mittlerer Stückzahlen effizient eingesetzt werden kann, muss sich jedoch noch einiges tun: Aktuell krankt diese Idee an den relativ langen Prozesszeiten. Teils kommen diese durch den Druckvorgang selbst zustande. Vielmehr sind es jedoch vor- und nachgelagerte Arbeitsschritte wie die Materialversorgung, das Entfernen etwaiger Drucksupporte oder die Nachbearbeitung, die meist manuell ausgeführt werden und daher viel Zeit kosten. Zugleich treibt dies die Kosten für das einzelne Werkstück in die Höhe.

Eine weitestgehende Automatisierung der Prozesskette kann Abhilfe schaffen. Damit könnte additive Fertigung ihre Vorteile gegenüber klassischer Zerspanungstechnik endlich voll ausspielen. Doch während sich klassischerweise repetitive Routinetätigkeiten automatisieren lassen, handelt es sich beim 3D-Druck um ein höchst variables Verfahren. Schließlich liegen seine Vorteile gerade darin, der Produktion eine größere Gestaltungs- und Variantenvielfalt sowie eine verbesserte Reaktionsfähigkeit auf Nachfrageänderungen zu ermöglichen. Entsprechend können Form und Greifbarkeit der hergestellten Werkstücke mit jedem Druckauftrag variieren. Die für ihr Handling nötigen Bewegungsmuster sind daher nicht einfach replizierbar.

Um den Prozess dennoch gewinnbringend zu automatisieren, muss die eingesetzte Robotertechnologie sich also flexibel auf verschiedenste Handhabungsschritte einstellen. Damit ihr Einsatz rentabel bleibt, muss dies außerdem zügig geschehen. An dieser Stelle kommt das Potenzial kollaborativer Leichtbaurobotik zu voller Entfaltung. Entsprechende Roboterarme lassen sich ideal für veränderliche Arbeitsabläufe einsetzen. Sie sind in der Lage, mehrschrittige Bewegungsmuster zu erlernen, und lassen sie sich schnell und unkompliziert für neue Aufträge umprogrammieren. Um die Prozesse rund um den Druckvorgang effizient zu automatisieren, kommt es zudem auf die Ausstattung mit dem richtigen Endeffektor an: Dieser erst verleiht einem Roboterarm seine Funktionalität und befähigt ihn zur Wertschöpfung.

Im Kontext additiver Fertigung muss sich ein Roboterarm leicht mit verschiedenen Greifaufsätzen bestücken lassen, um divers gestaltete Werkstücke in der jeweils erforderlichen Weise handhaben zu können. Auch für die einzelnen Arbeitsschritte der Nachbehandlung und Qualitätsprüfung benötigt er unterschiedliche Werkzeuge. Schnellwechselsysteme wie der Quick Changer von OnRobot halten hier die Umrüstungszeit kurz. Auch die Flexibilität der Greifer selbst spielt eine Rolle: Modelle mit doppelten Aufsätzen wie OnRobots Dual Gripper erlauben etwa, mehrere Werkstücke parallel zu handhaben. So bewerkstelligen sie komplexe Aufträge produktiver, erhöhen den Durchsatz und sparen dem Anwender wertvolle Zeit. Perspektivisch ist sogar denkbar, dass Roboterarme situativ selbst erkennen, welche Greifer- und Sensor-Aufsätze sie im aktuellen Setup benötigen. Noch ist dies Zukunftsmusik, doch bereits heute ermöglicht intelligente Software den Greifsystemen von OnRobot ein selbstgesteuertes Arbeiten.

Nebst enormer Zeiteinsparungen erlaubt die Automatisierung in diesem Kontext auch eine räumliche Verschlankung. Schließlich liegt ein Charakteristikum des 3D-Druck-Verfahrens darin, die gesamte Produktherstellung mit nur einer Maschine zu bewältigen. Zusätzliche Montageschritte entfallen. Wird nun auch der menschliche Bewegungsraum obsolet, kann die Fertigung auf kleinster Fläche erfolgen, was die Prozesskosten zusätzlich senkt. Ausgestattet mit flexiblen Greifsystem sind Leichtbauroboter in der Lage, die nötigen Arbeitsschritte auch dann noch auszuführen. End-of-Arm-Tools wie die von OnRobot lassen sich zudem einfach programmieren und bedienen. Insofern trägt auch der Einsatz solcher niedrigschwelligen Robotiklösungen dazu bei, die durch den 3D-Druck angestoßene Demokratisierung der Produktion voranzutreiben.

Abgesehen von funktionaler Flexibilität und einfacher Bedienbarkeit brauchen Greifer ein gewisses Fingerspitzengefühl, um der Automatisierung additiver Fertigung einen Mehrwert zu bieten. In einem flexiblen Produktions-Setup müssen sie schließlich selbstständig erkennen, mit welcher Kraft das jeweilige Werkstück gegriffen werden kann, ohne es zu beschädigen. Hierfür sorgen ausgefeilte Sensorik und entsprechende Software.

Sie befähigen den Greifer, die Distanzen zum gehaltenen Projekt genau abzuschätzen und den nötigen Kraftaufwand zu dosieren. Auch Oberflächenbehandlungen im Rahmen der Nachbearbeitung wie Polieren, Schleifen oder Beschichten lassen sich nur automatisieren, wenn die eingesetzten End-of-Arm-Tools über die notwendige Präzision verfügen.

Additive Fertigung birgt also immenses Automatisierungspotenzial. Um dieses auszuschöpfen, braucht es flexible und leicht zu bedienende Robotik-Applikationen, die die Prozessschritte rund um den Druckvorgang übernehmen. Die so erzielte Effizienz hinsichtlich Zeit und Kosten macht die Technologie bereit für den breiten industriellen Einsatz. Es sind intelligente Automatisierungslösungen wie die von OnRobot, die diese Vision schließlich verwirklichen können. wk