Funktionsintegration statt Komponentenmontage Wie additive Fertigung neue Möglichkeiten für Robotik Greifer eröffnet

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Steigende Anforderungen an Effizienz, Flexibilität und Automatisierung stellen Konstrukteure und Maschinenbauer vor neue Herausforderungen. Gleichzeitig sollen Anlagen kompakter, wartungsärmer und wirtschaftlicher werden. Insbesondere bei Robotik- und Handhabungssystemen stoßen klassische Konstruktionsansätze dabei zunehmend an Grenzen.

Viele Greifer bestehen aus zahlreichen Einzelkomponenten, Pneumatikleitungen und Verbindungselementen. Jede zusätzliche Schnittstelle erhöht den Montageaufwand und schafft potenzielle Fehlerquellen. Externe Schläuche und Kabel schränken zudem die Bewegungsfreiheit ein. Vor diesem Hintergrund gewinnt die additive Fertigung als Konstruktionswerkzeug an Bedeutung.

Wenn Designfreiheit zum Konstruktionsvorteil wird

Besonders deutlich werden diese Herausforderungen bei Greifern, die mehrere Funktionen auf engem Bauraum vereinen müssen. Neben der eigentlichen Greiffunktion sind häufig zusätzliche Anforderungen wie die Handhabung empfindlicher Produkte, die Einhaltung der Hygienevorschriften oder ein schneller Werkzeugwechsel zu berücksichtigen.

Herkömmliche lebensmittelechte Greifer aus Edelstahl sind schwer, reduzieren die verfügbare Nutzlast und können größere Robotersysteme erforderlich machen. Externe Schläuche und Kabel erschweren zusätzlich den Werkzeugwechsel.

Praxisbeispiel aus der Robotik

Wie ein solcher Ansatz in der Praxis aussehen kann, zeigt das Projekt von LMD, ein Spezialist für die Konstruktion und additive Fertigung von Komponenten für die Anlagenautomatisierung. Für ein automatisiertes Backsystem eines Point-of-Sale-Backshops wurde ein Greifer benötigt, der geringes Gewicht, hohe Stabilität, integrierte Funktionen und Lebensmitteltauglichkeit in einer einzigen Baugruppe vereint. 

Herkömmliche Fertigungsmethoden konnten die für diese spezielle Anwendung erforderliche Kombination aus Präzision, Lebensmittelsicherheit und Flexibilität nicht bieten. Selbst kleine Abweichungen bei den Materialeigenschaften oder der Oberflächenbeschaffenheit könnten die Produktqualität oder die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften beeinträchtigen, wodurch sich die additive Fertigung als Lösungsansatz anbot.

LMD entwickelte einen leichten und dennoch robusten  Greifer, der mit einem 3D-Drucker von EOS hergestellt wurde. Das Grundgerüst sowie die Greiferfinger bestehen aus dem Kunststoff PA 2200, während TPU 1301-Hüllen den Antrieb funktional und hygienisch umschließen. Die notwendigen Pneumatikkanäle konnten direkt in den Greifer integriert werden. Das Ergebnis ist eine kompakte, gewichtsoptimierte Konstruktion mit weniger Schnittstellen, geringerem Montageaufwand und vereinfachter Lieferkette.

Besonders interessant aus konstruktiver Sicht ist dabei nicht das einzelne Bauteil, sondern die Art und Weise, wie Funktionen integriert wurden. Medienführung, Tragstruktur und Anschlusspunkte wurden nicht länger als separate Komponenten betrachtet, sondern als Bestandteile einer gemeinsamen Konstruktion. Dadurch konnte die Komplexität auf eine einzige Baugruppe reduziert werden.

Additive Fertigung optimiert Robotik durch Funktionsintegration

Das Projekt zeigt exemplarisch, welchen Mehrwert additive Fertigung bieten kann, wenn sie bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigt wird. Die Konsolidierung mehrerer Funktionen in einer Baugruppe reduzierte Montageaufwand, Schnittstellen und potenzielle Fehlerquellen.

Besonders in der Robotik und Handhabungstechnik ergeben sich daraus neue Möglichkeiten. Geringere Bauteilgewichte verbessern die Dynamik bewegter Systeme, während die Reduzierung externer Komponenten die Integration in kompakte Anlagen erleichtert.

Relevanz für Maschinenbauer und Kunststoffverarbeiter

Gerade dort, wo konventionelle Fertigungsverfahren aufgrund komplexer Geometrien oder integrierter Medienführungen an Grenzen stoßen, kann additive Fertigung einen konstruktiven Mehrwert bieten.

"Die EOS-Technologie gibt uns die Freiheit, unsere Ideen ohne Einschränkungen umzusetzen und maßgeschneiderte, innovative Lösungen für unsere Kunden zu entwickeln", fasst Max Becker von LMD zusammen.

Fazit

Das Projekt von LMD zeigt, wie EOS-Technologie genutzt werden kann, um Funktionen, Medienführung und Struktur in einer einzigen Baugruppe zu vereinen. Ihr größtes Potenzial liegt in der Möglichkeit, Bauteile und Baugruppen neu zu konzipieren und dabei konstruktive Einschränkungen klassischer Fertigungsverfahren zu überwinden. Für Maschinenbauer und Kunststoffverarbeiter entstehen dadurch neue Freiheiten bei der Entwicklung leistungsfähiger, anwendungsspezifischer Automatisierungskomponenten. (fd)