Applicatie Spotlight:3D-printen voor robotgrijpers

[Afbeelding tegoed:Schmalz]

3D-printen is een van de centrale technologieën die de mogelijkheden van industriële robotica bevorderen. Het zorgt voor meer ontwerpvrijheid, lagere kosten en kortere doorlooptijd bij het produceren van aangepaste grijpers en eindeffectors voor robottoepassingen.

En aangezien maatwerk een nieuwe norm is in robotica en automatisering, biedt 3D-printen een oplossing voor kosteneffectieve aangepaste grijpers, zonder enorme investeringen in matrijzen of CNC-bewerkingen.

Hieronder , duiken we in de voordelen van 3D-printen voor grijpers en hoe verschillende bedrijven de technologie gebruiken om geavanceerde grijperontwerpen te maken en snellere en goedkopere productie te realiseren.

Bekijk de andere behandelde toepassingen in deze serie:

3D-printen voor warmtewisselaars

3D-printen voor lagers

3D-printen voor fietsproductie

3D-printen voor productie van digitale tandheelkunde en heldere uitlijners

3D-printen voor medische implantaten

3D-geprinte raketten en de toekomst van de fabricage van ruimtevaartuigen

3D-printen voor de productie van schoenen

3D-printen voor elektronische componenten

3D-printen in de spoorindustrie

3D-geprinte brillen

3D-printen voor productie van eindonderdelen

3D-printen voor beugels

3D-printen voor turbineonderdelen

Hoe 3D-printen zorgt voor beter presterende hydraulische componenten

Hoe 3D-printen innovatie in de kernenergie-industrie ondersteunt

3D-printen voor vliegtuigcabines

3D-printen en de evolutie van robotgrijpers 

Met het toenemende gebruik van robots in de productie, evolueren robotgrijpers - in wezen robotarmen - om te voldoen aan de behoeften van geavanceerde toepassingen in de automobiel-, elektronica- en voedselverwerkende industrie.

Deze evolutie heeft geleid tot de ontwikkeling van lichtere, op maat gemaakte robotgrijpers met een groter laadvermogen en veiligheidsvoorzieningen.

Voldoen aan de behoeften van geavanceerde grijpers wordt echter een steeds grotere uitdaging voor traditionele productietechnologieën. Vanwege de schaalvoordelen kan traditionele productie te duur zijn wanneer een bedrijf slechts een kleine partij grijpers nodig heeft.

Bovendien blijkt het aanpassen van grijpers moeilijk en kostbaar te realiseren met conventionele technologieën, zoals spuitgieten.

3D-printen opent dankzij zijn flexibiliteit en snelheid nieuwe mogelijkheden voor de productie van grijpers.

De voordelen van 3D-geprinte grijpers 

Lichtgewicht 

Nu robots kleiner worden, is het ontwerpen van kleinere, lichtere grijpers die op dergelijke robots passen een prioriteit geworden voor veel fabrikanten. Een manier waarop 3D-printen kan helpen, is door grijpers te produceren die meer kunnen en minder wegen.

Met 3D-printen kunnen fabrikanten nieuwe vormen en geometrieën ontwerpen die minder materiaal nodig hebben en kunnen ze lichtgewicht materialen gebruiken, zoals koolstofvezel, om het gewicht van de grijper verder te verminderen.

Terwijl 3D-printen zorgt voor gewichtsvermindering, maakt het ook het ontwerp van de grijpers met hetzelfde of een hoger draagvermogen mogelijk. Een lager gewicht, gekoppeld aan een verbeterd laadvermogen, betekent snellere bewegingen van een robot en kortere cyclustijden, wat de belangrijkste doelstellingen zijn van de gebruikers van robottechnologie.

Aanpassing 

Moderne robots worden steeds vaker gebruikt om de efficiëntie te verbeteren in een high-mix, low-volume omgeving met een hoog niveau van maatwerk. Vaak zijn er geen passende standaardoplossingen op de markt, dus voor veel toepassingen zullen robotgrijpers op maat moeten worden ontworpen.

3D-printen is een ideale technologie voor het personaliseren van robotgrijpers. Bedrijven hoeven niet te investeren in dure aangepaste gereedschappen - in plaats daarvan kunnen ze individuele ontwerpen maken en deze rechtstreeks op een 3D-printer produceren. Het betekent ook dat 3D-printen van custom grijpers voordeliger is omdat er geen extra toolingkosten zijn.

Gedeeltelijke consolidatie

3D-printen maakt het mogelijk om grijpers te produceren die voorheen uit meerdere onderdelen bestonden, als één onderdeel. Deze mogelijkheid om meerdere onderdelen in één te consolideren, resulteert in een goedkopere en snellere productie en betekent ook dat er minder afzonderlijke onderdelen hoeven te worden geassembleerd.

Veiligheid 

De veiligheid van robotgrijpers is een ander element dat verbeterd kan worden met 3D-printen. Nu collaboratieve robots steeds populairder worden, is het van cruciaal belang om robotgrijpers te ontwerpen die veilig kunnen worden gebruikt naast menselijke collega's.

Ontwerpflexibiliteit die wordt geboden door 3D-printen maakt het gemakkelijk om een ​​ronde behuizing voor grijpers te ontwerpen zonder scherpe hoeken, wat bij conventionele processen moeilijk kan zijn. Bovendien stelt het ingenieurs in staat om snel en goedkoop meerdere ontwerpen te testen om maximale veiligheid van de grijper te garanderen.

5 voorbeelden van 3D-printen voor robotgrijpers 

1. Een 86 procent lichtere grijper 

Het beschrijven van de voordelen van 3D-geprinte grijpers is één ding, maar onderzoeken hoe de technologie wordt gebruikt in real-life toepassingen is iets heel anders. Zo heeft 3D-printspecialist Kuhn-Stoff GmbH &Co KG bewezen dat 3D-printen het gewicht van de grijper met 86 procent kan verminderen en de productiekosten met wel 50 procent.

Het bedrijf gebruikte polymeer Powder Bed Fusion (PBF)-technologie om een ​​lichtgewicht, maar toch duurzame bronchiale grijper te produceren voor Wittmann Robot Systeme GmbH. PBF-technologie gebruikt een laser om lagen polymeerpoeder te smelten en samen te smelten om een ​​object te creëren.

De grijper was voorheen gemaakt van aluminium, rubberen buizen en meerdere verbindingselementen, wat resulteert in hoge productiekosten. Door de grijper opnieuw te ontwerpen voor 3D-printen, kon het Kuhn-Stoff-team het aantal componenten terugbrengen van 21 naar 2 en 3D-printen ze in nylon materiaal.

Minder componenten betekent dat er minder materiaal nodig is voor de productie, waardoor 3D-printen een sneller en goedkoper proces wordt.

Toegevoegd aan deze voordelen is de mogelijkheid om pneumatische kanalen en connectoren in de grondplaat te integreren.

De 3D-geprinte grijper is ook bewezen duurzaam. Kuhn-Stoff meldt dat het gedurende vijf miljoen cycli is getest, zonder dat er fouten of defecten zijn gedetecteerd.

2. IAM 3D Hub 3D print een robotgrijper voor toepassingen in de automobielproductie

Een ander voorbeeld dat de flexibiliteit van 3D-printen illustreert, is afkomstig van de Spaanse digitale innovatiehub, IAM 3D Hub, die de technologie gebruikte om de functionaliteit van grijpers te verbeteren.

Conventionele grijpers zijn uiterst complexe systemen met een groot aantal componenten. Dit kan leiden tot hogere aanschafkosten, terwijl ook het risico op falen toeneemt, vanwege de behoefte aan extra onderhoud en voortdurende, constante aanpassingen.

Daarom is IAM 3D Hub op reis gegaan om dit te verminderen complexiteit door 3D-printen.

Door de grijpers additief te produceren, met behulp van HP Multi Jet Fusion-technologie, kon het IAM 3D Hub-team het aantal onderdelen in elke grijper, inclusief leidingen, connectoren, magneten en andere elementen, met meer dan 80 procent verminderen, terwijl tegelijkertijd de benodigde ruimte werd verminderd om het systeem te laten werken.

Door het koppelingsmechanisme opnieuw te ontwerpen, maakt de nieuwe grijper ook een snellere verbinding met de robot mogelijk, waardoor de proces- en installatietijd met 40 procent wordt verkort.

3. Schmalz maakt grijpers op maat met 3D-printing en software

Het Duitse bedrijf Schmalz begon meer dan 30 jaar geleden zijn bereik in de wereld van vacuüm- en grijptechnologie. Op zijn weg om een ​​leider in de sector te worden, heeft het bedrijf 3D-printen gebruikt voor productontwikkeling en productie van kleine series.

Het team van Schmalz begreep dat, naarmate automatisering steeds meer invloed heeft op de productieomgeving, nieuwe en unieke handlingtoepassingen nieuwe individuele grijpapparatuur vereisen. Als gevolg hiervan kan een one-size-fits-all grijper niet perfect voldoen aan de eisen van verschillende automatiseringstoepassingen.

Dit besef heeft geleid tot de ontwikkeling van een systeem waarmee snel en eenvoudig maatwerk grijpers kunnen worden ontworpen. Door de samenwerking met softwarebedrijf Trinckle 3D heeft Schmalz een app ontwikkeld waarmee klanten vacuümgrijpers kunnen aanpassen.

De volledige configuratie van de use-case-specifieke grijper duurt naar verluidt ongeveer 10 minuten en vereist geen expertise in klassieke CAD-software of 3D-afdrukbaar ontwerp.

3D-printtechnologie is de sleutel tot kostenefficiënte en snelle productie van ontwerpen gegenereerd door de app van Schmalz. De nieuwe grijpers verminderen bijvoorbeeld interferentie bij het hanteren door luchtgeleiding in het ontwerp van de grijper op te nemen.

Zo produceert Schmalz in korte tijd lichtgewicht, robuuste en vooral op maat gemaakte grijpers. De Schmalz-oplossing is bevestigd aan lichtgewicht robots en cobots en kan ladingen tot 10 kilogram dragen.

4. Een 3D-geprinte grijper versnelt het wisselen van verpakkingslijn

Verpakkingslijnen moeten flexibel zijn, zeker bij frequente productwisselingen. Het bereiken van deze flexibiliteit is echter vaak makkelijker gezegd dan gedaan. In sommige gevallen kan een productwisselproces enkele dagen duren voordat een nieuwe, geschikte grijper is gemaakt.

Carecos Kosmetic GmbH is een bedrijf dat deze uitdaging aanging en een oplossing vond in 3D-printen.

Tijdens de omschakelingen had het bedrijf nieuwe grijpers nodig voor de verpakkingsmachines die de deksels zouden vastpakken en op potten zouden schroeven. Traditioneel verspande het bedrijf de grijpers van aluminium, wat tot 10.000 euro per onderdeel kostte en ongeveer zes weken duurde om te produceren.

Gezien de lange doorlooptijd ging het bedrijf op zoek naar een alternatieve oplossing die de grijpers sneller kon produceren.

Carecos Kosmetic stapte over op materiaalextrusie 3D-printen en kon binnen 12 uur een grijper produceren. Het bedrijf bespaarde ook tot 85 procent van de kosten en 70 procent van de productietijd door over te schakelen op polymeer 3D-printen. Als extra bonus zijn de bedrukte plastic grijpers ook zeven keer lichter dan metalen tegenhangers.

5. 3D-printen voor zachte robotgrijpers

Zachte robotica is een gebied van robotica dat flexibele materialen gebruikt, zoals TPU en siliconen, om lichtgewicht en elastische grijpers te creëren.

Voor zachte robotgrijpers biedt 3D-printen een unieke combinatie van ontwerpvrijheid, zachte materialen en kleine series. Een bedrijf dat expertise op dit gebied heeft ontwikkeld, is ACEO, een divisie van de Duitse chemiereus Wacker Chemie AG.

ACEO heeft een siliconen 3D-printtechnologie ontwikkeld die gebruik maakt van een 'drop-on-demand'-techniek, vergelijkbaar met inkjet 3D-printen. Het proces begint met het afzetten van druppeltjes van het materiaal in de vorm van een enkelvoudige laag, die vervolgens wordt uitgehard met UV-licht. De volgende laag siliconendruppels wordt vervolgens aangebracht en het UV-licht hecht deze aan de vorige. Het proces wordt herhaald totdat het object is voltooid.

De Duitse start-up Formhand heeft een universele grijper ontwikkeld voor multifunctionele toepassingen in verschillende industrieën, met behulp van ACEO's siliconen 3D-printen. Het team gebruikte de service van ACEO om prototypes te maken van verschillende grijperontwerpen. Dankzij de technologie waren ze in staat om snel en tegen lage kosten maatwerkcomponenten te maken.

Over het algemeen maakt 3D-printen van zachte robotgrijpers de weg vrij voor de miniaturisering van grijpers en ontwerpen met meerdere materialen. In de toekomst kunnen dergelijke systemen worden gebruikt bij het onderhoud van straalmotoren en minimaal invasieve chirurgie.

Robotgrijpers naar een hoger niveau tillen met 3D-printen 

Naarmate de behoefte aan meer veelzijdige robotgrijpers groeit, biedt 3D-printen een oplossing die handige, lichtgewicht, op maat gemaakte grijpers levert. Dergelijke grijpers zijn goedkoper en sneller te produceren, waardoor fabrikanten meer flexibiliteit hebben om met ontwerpen te experimenteren en toegevoegde functionaliteit te integreren.

Cruciaal is dat 3D-geprinte grijpers waarde toevoegen aan het totale robotsysteem, waardoor robots lichter en kleiner worden.

De evolutie van robotgrijptechnologie zal zeker doorgaan, gezien de recente trends van slimme, digitaal gestuurde productie, en 3D-printen zal de go-to-methode zijn om grijperontwerpen naar een hoger niveau te tillen.