Was nimmt mit additiver Fertigung und Robotik Gestalt an?

Die additive Fertigung (AM) wird zunehmend in der Industrie eingesetzt und verändert die Art und Weise, wie viele Produkte hergestellt werden, radikal. Sie ist nach wie vor eine treibende Kraft für fortschrittliche Prototypenfertigung und Produktion. Dieser Prozess der Nutzung digitaler Designdaten zur erfolgreichen Erstellung solider dreidimensionaler Objekte durch die Verschmelzung von Materialschichten [3D-Druck (3DP)] wird voraussichtlich bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 20,8 % wachsen Flexibilität im Produktionsprozess, die sich weiterhin auf die Industrielandschaft auswirkt.

Ganz gleich, ob es sich um Werkzeuge für Verbundwerkstoffe, Prototypen von Flugzeugen oder Automobilteile handelt – Produktdesigns, die einst als zu komplex galten, werden dank der präziseren und zuverlässigeren 3DP-Technologie nun Realität. Fortschritte in der Bewegungssteuerung, Energieumwandlung und Robotik tragen dazu bei, den Anwendungsbereich von AM zu erweitern und ermöglichen die schnelle Herstellung anspruchsvoller, langlebiger Objekte durch Methoden wie selektives Laserschmelzen (SLM), Fused Deposition Modeling (FDM) und Binder Jetting.

Einfache Desktop-3D-Drucker und solche mit Treppenschrittmotoren weichen servogesteuerten 3D-Druckern mit hochauflösendem Feedback, die eine schnelle Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung ermöglichen. Zur Ergänzung dieses Prozesses werden auch sechsachsige Roboter mit wenigen Einschränkungen hinsichtlich möglicher Druckwinkel und robuste Portalsysteme für den Druck großer Strukturen integriert, was Hersteller dazu veranlasst, einen neuen Blick auf die Möglichkeiten zu werfen, die dieser Prozess und diese Technologie bieten können.

AM ist ideal für die Reparatur alter Teile, die individuelle Anpassung von Produktionsteilen oder die Prototypen-/Modellierung neuer Teile für Hersteller, die Einzelteile oder Vorrichtungen benötigen. Unternehmen können 3DP als Teil ihres Konstruktionsprozesses, ihrer Werkzeuge und der internen Fertigung einzigartiger Geometrien nutzen.

Flexible Produktion – Die Fertigung in kleinem Maßstab lebt von der Anpassung und Nutzung der Designfreiheit. Die Fähigkeit von 3DP, mehr als hundert verschiedene Materialien zu integrieren und nahezu jede Form herzustellen, macht es zu einem Muss für Fab-Shops. Konstrukteure können die Anzahl der in einer Baugruppe verwendeten Einzelteile reduzieren und so potenzielle Fehlerquellen eliminieren und so die Haltbarkeit erhöhen.

Kostensenkung – Der additive Prozess ist weniger arbeitsintensiv und reduziert den Rohstoffverbrauch, wodurch wertvolle Ressourcen und Geld gespart werden. Wenn beispielsweise nur der Hauptanteil des Teils gedruckt wird, wird der Abfall durch die Abtragung eines kleinen Prozentsatzes des Rohmaterials vermieden, anstatt den Großteil des nicht benötigten Materials von einem Metallbarren abzutrennen. Typische Drahtbogen-AM-Roboterarmsysteme (WAAM) können auch kostengünstiger sein als pulverbasierte AM-Drucker. Das Center for Advanced Manufacturing (CAM) an der Viterbi School of Engineering der University of Southern California (USC) nutzt WAAM für genau diese Forschung und reduziert gleichzeitig Zeit und Kosten für verschiedene Teile und Werkzeuge.

Produktionseffizienz – Bei trägen Lieferketten bietet 3DP eine kostengünstige und zeitnahe Alternative zum wochenlangen Warten auf dringend benötigte Teile in der Produktion, insbesondere bei kundenspezifischen Teilen der Menge 1. AM erfordert deutlich weniger Ausfallzeiten und hilft Herstellern, Teile oder Werkzeuge nach Bedarf zu produzieren und den Durchsatz für pünktliche Lieferung und Projekttermine aufrechtzuerhalten.

Materialüberlegungen – Die Vielfalt der für 3DP verfügbaren kompatiblen Materialien trägt ebenfalls zur Optimierung dieses Prozesses bei. Von Kunststoff bis Gips gibt es praktikable Optionen, um individuelle Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

WAAM ist bei Robotern beliebt und verwendet Metallzusatzdraht in einem Gas-Metall-Lichtbogenschweißverfahren (GMAW), um konforme Stahlstrukturen herzustellen. Im Wettbewerb mit herkömmlichen Laserverfahren bieten neue Methoden eine höhere Auflösung, indem sie die Verwendung von Metallpulver durch Draht ersetzen und so ein glatteres Endprodukt mit weniger Linien ermöglichen. Verbesserte Präzisionsdruckköpfe mit hoher Ablagerung erfordern nur wenig Nachbearbeitung und Polieren und ermöglichen auch hochwertigere Teile.

Innovationslösungen – Zur Unterstützung des additiven Prozesses fungieren Offline-Programmierplattformen mit 3DP-Software als Bindeglied zwischen dem digitalen Modell und dem tatsächlich erstellten Modell. Diese als 3DP-Slicer-Software bekannten Plattformen helfen dabei, das digitale Modell in Druckanweisungen, sogenannte G-Code, umzuwandeln.

Unternehmen wie ADDiTEC gehen AM noch einen Schritt weiter und bieten eine intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) mit einem leistungsstarken Druckroboter. Die umfassende Lösung kann zwei Drahtmaterialien in einem einzigen Teil verarbeiten und gleichzeitig Pulver und Drahtmaterialien drucken, was den Prozess ideal für die Herstellung hochkomplexer Komponenten aus anspruchsvollen Materialien macht.

Da sich Fertigungsmethoden und fortschrittliche Technologie weiterentwickeln, ist damit zu rechnen, dass mehr Roboter für 3DP eingesetzt werden – da die meisten kommerziellen 3D-Drucker (Kunststoff, Metall und andere) sehr teuer sind und auf einen bestimmten Auftrag mit einer bestimmten Druckflächengröße beschränkt sind. Roboter sorgen für mehr Flexibilität bei der Teilegröße und ermöglichen die Aufrüstung der Druckköpfe nach Bedarf. Für extrem große Teile kann sogar eine siebte Achse hinzugefügt werden – besonders hilfreich bei der Erstellung eines großen Teilespektrums, wie z. B. Remote-Service-Einrichtungen und Prototyping.

Der Einsatz von AM im Einsatz mit Robotern ist für verschiedene Anwendungen eine sinnvolle und kostengünstige Option. Ganz gleich, ob eine Universität Formen für Carbonfaser-Layups druckt oder ein großer Gerätehersteller im Notfall ein Teil herstellen muss, um einen Auftrag abzuschließen, die Flexibilität, die 3DP bietet, macht die Herstellung von Teilen für die Fluidproduktion einfacher.

Yaskawa Motoman Robotics

ADDiTEC

Über den Autor: Josh Leath ist Senior Product Manager bei Yaskawa America Inc.

Eine umfassende Multi-Kamera-Lösung schöpft das Potenzial des RB5-Kits von Qualcomm voll aus und ermöglicht den gleichzeitigen Anschluss von bis zu 6 Kameras – MIPI oder GMSL2 oder einer Kombination aus beiden. Die Kameralösung von e-con Systems eignet sich zusammen mit der hohen Computerleistung von Qualcomm von 15 Teraoperationen pro Sekunde (TOPS), dem geringen Stromverbrauch und der Wärmeableitung für Anwendungen wie Drohnen und Lieferroboter.

e-con-Systeme

Qualcomm

Xaba und Lockheed Martin evaluierten die Automatisierung wichtiger Fertigungsabläufe mithilfe der Industrieroboter des globalen Luft- und Raumfahrtunternehmens, die mit xCognition, dem proprietären physikinformierten tiefen künstlichen neuronalen Netzwerkmodell von Xaba, integriert wurden.

Xaba und Lockheed Martin identifizierten einen Anwendungsfall, der sich auf eine typische Robotik-Arbeitszelle konzentrierte, die in einer Luft- und Raumfahrtfabrik verwendet wird, um zu testen, wie das synthetische Gehirn xCognition von Qualität und Toleranzen werden erreicht.

Basierend auf den von den Teams Lockheed Martin und Xaba gesammelten Daten verbesserte xCognition die Genauigkeit und Konsistenz des kommerziellen Roboters um den Faktor 10. Dieser Test zeigt, wie mit xCognition erweiterte Industrierobotik wichtige Fertigungsvorgänge ausführen kann, die bisher ausschließlich von teureren und weniger flexiblen CNC-Maschinen durchgeführt wurden.

Xaba

Lockheed Martin

Karman Space & Defense erweitert die Produktionskapazität für Komponenten aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen (CC), um die wachsenden Produktionsmengen für MG-Harz und Ultrahochtemperaturmaterialien für Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen zu unterstützen. Die Erweiterung umfasst neue Räumlichkeiten und Geräte für größere Komponenten, höhere Produktraten und Hochtemperatur-Materialprüfungen.

Die MG-Harz-Technologie von Karman erfüllt den Bedarf an Ultrahochtemperaturmaterialien mit höheren Verkohlungsausbeuten, verbesserter Verarbeitbarkeit und kürzeren Zykluszeiten. Die kombinierten mechanischen Eigenschaften dieser einzigartigen Harze ermöglichen die Herstellung hochfester Kohlenstoff-Kohlenstoff-Komponenten und -Strukturen für Antriebssysteme, Raketen, Hyperschallsysteme und Raumfahrzeuge zu geringeren Kosten und kürzeren Vorlaufzeiten.

Karman Space & Defense

Die auf künstlicher Intelligenz basierende Robotersteuerungssoftware MIRAI hilft bei der Automatisierung komplexer Aufgaben, die mit herkömmlicher Programmierung zu schwierig oder kostspielig zu automatisieren sind. Bisher ausschließlich mit Universal Robots und FANUC-Robotern kompatibel, wird MIRAI Anfang des vierten Quartals für KUKA-Roboter verfügbar sein, gefolgt von anderen kollaborativen Robotern (Cobots) und Industrierobotern auf Anfrage.

Mittels KI generiert MIRAI Roboterbewegungen direkt und in Echtzeit. Roboterfähigkeiten (oder bestimmte Aufgaben) werden in wenigen Tagen durch menschliche Demonstration trainiert und nicht programmiert, ohne dass Benutzer Programmier- oder KI-Kenntnisse benötigen. Mit Hilfe einer Kamera, die typischerweise am Handgelenk des Roboters angebracht ist, wird dem Roboter immer wieder eine Aufgabe und die Umgebung gezeigt. Die aufgezeichneten Bewegungen werden in eine Fähigkeit umgewandelt, mit Varianzen und dynamischen Umgebungsbedingungen umzugehen.

Um herstellerunabhängig zu werden, hat Micropsi Industries eine Partnerschaft mit dem Integrationssoftwareunternehmen voraus robotik geschlossen. MIRAI wird es allen 6-Achsen-Robotern und anderen Kinematiken, einschließlich Cobots und Industrierobotern, ermöglichen, mit Abweichungen und dynamischen Umgebungsbedingungen wie Lichtwechsel, Öl und Rost umzugehen.

Roboternutzer profitieren außerdem von einer benutzerfreundlichen No-Code-Programmierschnittstelle und einer integrierten Entwicklungsumgebung für individuelle Erweiterungen. Kunden, die MIRAI-gesteuerte Lösungen für bestimmte von ihnen bevorzugte Roboter anfordern, können damit rechnen, die Systeme innerhalb weniger Wochen zu erhalten.

Micropsi Industries

voraus robotik

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