Bionische Produktoptimierung und additive Fertigung einer Greifereinheit

Die Jomatik GmbH hat sich die Vorteile des 3D-Drucks gegenüber anderen Produktionsverfahren zu Nutze gemacht, um ihren Kund*innen passgenaue, ingenieurtechnisch entwickelte Prototypen und Produktionswerkzeuge zu liefern. In einem Auftrag sollte ein neuer Greifer entwickelt werden, der bis zu 36 Kleinverpackungen gleichzeitig greifen kann.

Eine der wichtigsten Zielstellungen war die Reduzierung des Gewichts. Dabei galt es, das Gewicht eines herkömmlichen Greifers von bis zu 14 kg zu unterschreiten, da das Unternehmen sich anderenfalls einen neuen Roboter anschaffen hätte müssen und der Energieverbrauch erheblich gestiegen wäre. Eine wesentliche Herausforderung der Entwicklung war hierbei die Integration der erforderlichen Gelenke und der Saugluftkanäle, durch die ein hochpräziser Greifprozess ermöglicht wird. Um die komplexen Konstruktionen herstellen zu können, wurden mehrere Einzelteile gedruckt und anschließend zu einem Gesamtbauteil zusammengesetzt. Die Zusammenarbeit mit dem produzierenden Unternehmen war dabei unabdingbar. Funktionen und Bestandteile des Greifers konnten dadurch genaustens festgelegt werden. Folglich konnte nach dem Design- und Konstruktionsprozess, welcher unter anderem mit Hilfe von bionischen Simulationen hinsichtlich Materialeinsparung optimiert wurde, das Digitale 3D-CAD Modell mit dem Kunden abgestimmt und gedruckt werden. Durch den sorgfältigen Planungsprozess wurden schon bei der ersten Produktion alle Anforderungen an den Greifer erfüllt, was zu Materialeinsparungen durch das Verhindern von zusätzlichen Produktanpassungen beitrug.

Das Gewicht des neuen Greifarms betrug durch die angewandten Entwicklungs- und Fertigungsprozesse weniger als 4 kg und brachte außerdem eine signifikante Materialeinsparung mit sich. Durch die Verwendung des Verfahrens Lasersintern konnte der Greifarm mit Hilfe von 6 kg Material in Pulverform produziert werden. Nahezu 50 % des überschüssigen Pulvers lassen sich außerdem anschließend wieder aufbereiten und wiederverwenden. Um diese Bauteile aus Aluminium mit spanenden Fertigungsverfahren herzustellen, wären bis zu 40 kg Aluminium nötig. Durch die Produktoptimierung konnten erhebliche Materialeinsparungen durch die Reduzierung des Gesamtvolumens des Greifarmes und die Verwendung des Lasersinterns als Fertigungsprozesse erreicht werden. Auch eine Reduzierung des Energieverbrauchs des Roboters konnte durch die Gewichtsreduzierung erzielt werden.