Additive-Fertigunganwenderreportage
Markforged Mark Two: Additiv gefertigte Robotergreifer im Serieneinsatz
Die Beulco GmbH & Co. KG ist auf die Herstellung und Bearbeitung von hochqualitativen Produkten für die Wasserversorgung spezialisiert. Das mehrfach ausgezeichnete Familienunternehmen mit Sitz in Attendorn setzt seit Januar 2020 additiv gefertigte Parallelgreifer und Sauggreifer für das Werkstückhandling mit Robotern ein und konnte so bereits 200.000 Euro einsparen.
Die Beulco GmbH setzt Parallelgreifer und Sauggreifer für das Werkstückhandling mit Robotern ein, deren Herstellung wohlüberlegt sein will.
Shortcut
Aufgabenstellung: Ziel war es, kosteneffizient individuelle und industrietaugliche Robotergreifer zu fertigen.
Material: Markforged Onyx mit Carbonfaser.
Lösung: FDM-3D-Druck mit Carbon-Endlosfaser.
Nutzen: Die Beschaffungszeiten (Fremdbezug) von 4 bis 6 Wochen auf 1 bis 2 Tage wurde deutlich reduziert und insgesamt konnten bereits 200.000 Euro bei über 330 gedruckten Greiferpaaren und Sauggreifern eingespart werden.
Das Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen setzt Parallelgreifer und Sauggreifer für das Werkstückhandling mit Robotern ein und stand gleich vor mehreren Herausforderungen. Bei der Metallbearbeitung müssen die Werkstücke zwei Schritte durchlaufen. Im ersten Schritt müssen die Bauteile entgratet und im zweiten Schritt zerspanend bearbeitet werden. In beiden Prozessschritten wird die Bestückung der Anlagen durch Roboter realisiert. Alle gepressten Werkstücke weisen dabei individuelle Konturen auf und des Weiteren gibt es eine Variantenvielfalt von über 300 unterschiedlichen Ausführungen. Zusätzlich hohe Werkzeugkosten führten dazu, dass eine kostengünstigere Alternative zu den bestehenden Metallgreifern gesucht wurde. Ziel war es, kosteneffizient individuelle und industrietaugliche Robotergreifer zu fertigen.
Mit dem Markforged Mark Two 3D-Drucker und der Verwendung von Endlosfasern aus Carbon erhält man hochstabile Bauteile mit einer Festigkeit wie Aluminium bei hoher Gewichtsreduzierung, Designfreiheit und zu einem Bruchteil der Kosten.
Lutz Schopen
Geschäftsleitung Technik bei Beulco GmbH & Co. KG
„In eineinhalb Jahren lief der 3D-Drucker 6.500 Stunden. Das entspricht einer Auslastung von rund 70 % im Drei-Schicht-Betrieb. Wir sind von der Hardware begeistert. Die Software ist für die „normalen“ Anwendungen ausreichend. Service und Unterstützung von Mark3D waren immer vorbildlich!“
Mit Verbundmaterialien zur Lösung
Auf der EMO 2019 in Hannover entdeckte Lutz Schopen, Geschäftsleitung Technik, die Technologie der industriellen Markforged 3D-Drucker. Die Möglichkeit die Bauteile noch während des Drucks mit der Carbon-Endlosfaser zu verstärken, war für ihn das Hauptkriterium für ein Invest. Er erkannte schnell, dass diese Technologie für Beulco zu einem Gamechanger im Bereich der Greifertechnik werden könnte. Er erhoffte sich so eine drastische Kostensenkung im Bereich End-of-Arm-Tooling.
Zunächst war das Team skeptisch gegenüber der neuen Technologie. „Wenn das nicht aus Metall ist, kann das nicht halten“, war der O-Ton im Team. Doch diese Skepsis wich bald einer steilen Lernkurve. Ein erstes Musterbauteil der Mark3D GmbH konnte auf einem eigenen Prüfstand bei den ersten Tests schnell mit Ergebnissen überzeugen. An diesem Prüfstand konnten erste Verschleißtests durchgeführt und Erfahrungen gesammelt werden. Unter anderem wurde ein eigenes Konzept für die Anbindung des Greifers an den Roboter entwickelt, nachdem ein Umdenken in der Konstruktion stattgefunden hatte. Die Greifer wurden nun bereits in der Konstruktion für die Additive Fertigung optimiert.
In diesem Zuge wurde die Anbindung der Greifer von einem Kraftschluss zu einem Formschluss verändert. Die Nut des Greifers wird in eine C-Nut des Roboters geschoben, mit einer Platte eingeklemmt und verschraubt. Die Schwachstellen der Befestigung konnten so eliminiert werden. Durch den modularen Aufbau ist es nun möglich, dass die Greifer in beiden Bearbeitungsschritten an den Roboteranlagen eingesetzt werden können.
Durch die Verstärkung der Bauteile mit Endlosfasern während des 3D-Drucks erzielt der Mark Two eine unvergleichlich hohe Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit in seinen gedruckten Bauteilen.
Einige der additiv gefertigten Greifer sind bereits über 200.000 Zyklen im Einsatz und weisen keinen messbaren Verschleiß auf.
Die Aufnahme der gedruckten Greiferbacken erfolgt formschlüssig durch eine T-Nut.
Der gedruckte Sauggreifer liegt passgenau am zu bewegenden Werkstück an.
Nahezu kein Verschleiß
Die additiv gefertigten Greifer übertreffen die Erwartungen. „Keine Spielerei, sondern echte Produktionsmittel bei der Beulco!“, betont Lutz Schopen. Die neuen additiv gefertigten Greifer halten in 99 Prozent der Anwendungsfälle den Anforderungen stand. Einige der Sauggreifer sind bereits über 200.000 Zyklen im Einsatz und weisen keinen messbaren Verschleiß auf. Die hohen Belastungen aus schnellen Bewegungen beeinflussen die Standhaftigkeit ebenso wenig wie auch Kühlschmierstoffe, mit denen die Bauteile in Kontakt kommen.
Des Weiteren konnten die Beschaffungszeiten (Fremdbezug) von vier bis sechs Wochen auf ein bis zwei Tage deutlich reduziert werden, im Optimalfall auf 24 Stunden. Dazu kommen gigantische Einsparungen. Insgesamt konnten bereits 200.000 Euro bei über 330 gedruckten Greiferpaaren und Sauggreifern eingespart werden. Der Mark Two 3D-Drucker amortisierte sich somit in weniger als zwei Monaten!
Der additive gefertigte Sauggreifer (rechts) wird in einem Stück hergestellt und benötigt keine zusätzlichen Komponenten.
In der Automatisierung werden häufig Roboter eingesetzt, deren Greifer additiv gefertigt werden.
In der Fertigung wird die Bestückung der Anlagen durch Roboter realisiert. Alle gepressten Werkstücke weisen dabei individuelle Konturen auf mit einer Variantenvielfalt von über 300 unterschiedlichen Ausführungen.
Infos zum Anwender
Beulco ist ein modern geführtes Familienunternehmen mit Sitz in Attendorn und zählt europaweit zu den Top-Anbietern von hochqualitativen Produkten für die Wasserversorgung. Das Unternehmen bietet seinen Kunden Lösungen und Systeme für eine effiziente, sichere und transparente Trinkwasserversorgung, speziell im Bereich Hausanschlusstechnik und in der mobilen Wasserverteilung. Seit über 70 Jahren setzt Beulco auf Qualität, Sicherheit und vor allem Innovation, um Trinkwasser langfristig zu schützen und eine optimale Versorgung zu gewährleisten.
Neben dem Eigenprogramm für den Tiefbau sowie die Sanitär- und Heizungsindustrie fertigt das Unternehmen auch Produkte aus Buntmetallen für namhafte Hersteller dieser Branche.
Die Zukunft
Für die kommende Zeit sind weiterhin Ersatzgreifer und Greifer in neuen Ausführungen geplant. Hier besteht weiterhin ein regelmäßiger Bedarf.
Als weiteres Anwendungsfeld sieht Beulco additiv gefertigte Spannvorrichtungsbacken für die Serienfertigung von Werkstücken auf Drehautomaten und Bearbeitungszentren. Hier steht das Unternehmen vor Herausforderungen wie starken Kräften und hoher Wärmeentwicklung. Gemeinsam mit der Mark3D wird hier an einer Lösung gearbeitet.
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