Additive Fertigung Dank prozessintegrierter Digitalwerkzeuge einfach zum optimierten Bauteil

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Die additive Fertigung bietet zahlreiche Vorteile für die Produktentwicklung. Ein Beispiel ist ein handelsübliches Greifwerkzeug für einen Roboter. Entsprechend modifiziert, lassen sich die geänderten Bauteile additiv fertigen.

Die additive Fertigung bietet ein großes Optimierungspotenzial für die Produktentwicklung: Kürzere Time-to-Market, mehr Flexibilität, mehr Designfreiheit, höhere Effizienz und weniger Ressourceneinsatz sind nur einige Beispiele. Das lässt sich am Beispiel eines handelsüblichen Greifwerkzeugs für einen UR-Roboter demonstrieren: Entsprechend modifiziert, lassen sich die geänderten Bauteile additiv fertigen. Aufgrund der verschiedenen Optimierungsschritte sinken die Kosten in Konstruktion, Fertigung und Montage. Gleichzeitig zahlen die Maßnahmen auf den Leichtbau und auf Ressourceneffizienz ein. Zudem werden die Prozesse in Konstruktion und Fertigung beschleunigt.

Weiterer Pluspunkt: Viele der genannten Potenziale lassen sich bereits heben, ohne in die Topologieoptimierung oder das generative Design einzusteigen, die für kleine Unternehmen schwer zu erschließen sind.

Wie's geht, stellen Hans-Werner Theobald, Gründer und Inhaber der 3D-Metall Theobald e.K., und Alexander Hoffmann, CEO, Co-Founder und Senior Adviser bei der ARC Solutions GmbH, in ihrem Vortrag „Additive Fertigung: Zum optimierten Robotergreifer mit prozessintegrierten Digitalwerkzeugen“ auf dem Konstruktionsleiter-Forum am 17. Oktober 2024 in Würzburg vor. Im Ausblick zeigen die Referenten darüber hinaus auch den Greifer auch in einer topologisch-optimierten Variante vorgestellt, um die Vor- und Nachteile der Methodik zu diskutieren.

Additive Fertigung

Tipps zum Konstruieren für den 3D-Metalldruck

Herr Theobald, warum ist das Thema Ihres Vortrags für Konstrukteure und Entwickler relevant?

Die additive Fertigung verbreitet sich rasant in den unterschiedlichsten Anwendungen. Aber gerade im 3D-Metalldruck sind viele KMU derzeit nicht in der Lage, die Potenziale der Technologie zu nutzen, da ihnen die Anforderungen/Eigenheiten der Fertigungstechnik und die daraus resultierenden Konsequenzen in der konstruktiven Herangehensweise nicht hinreichend bekannt sind.

Der Vortrag erläutert an einem realen Greiferfinger für einen UR-Roboter, worauf konstruktiv zu achten ist, um mittels additiver Fertigung Leichtbau und Funktionsintegration zu realisieren und welche digitalen Werkzeuge dazu notwendig sind. Basis des Vortrages ist eine aktive Prozesskette auf Grundlage von Siemens NX und dem Fertigungsverfahren powder bed fusion-laser beam. Produziert werden die Werkstücke auf einer Tru Print1000.

Herr Hoffmann, was sind die wichtigsten Aspekte Ihres Vortrags?

Wir zeigen, wie durch verschiedene Optimierungsschritte die Kosten in Konstruktion, Fertigung und Montage gesenkt werden, das Gewicht reduziert wird um den Aktionsradius des Roboters zu vergrößern und die Ressourceneffizienz zu verbessern und die Prozesse in Konstruktion, Fertigung und Montage beschleunigt werden. Jedes Optimierungslevel wird gedruckt und hinsichtlich seiner Vorzüge zu der vorhergehenden Stufe (Gewicht/Greifradius, Kosten, Durchlaufzeit) evaluiert.

Dadurch können wir den Aufwand und den Nutzen zeigen, der durch einen konstruktiven Eingriff erzielt wird. Wir legen besonderes Augenmerk auf die Zusammenhänge zwischen den Teilprozessen Konstruktion, Fertigung, Montage und Anwendung. Darüber hinaus werden geeignete Tools am Beispiel von Siemens NX vorgestellt, um die Anforderungen hinsichtlich einer fertigungsgerechten Konstruktion umsetzen zu können.

Herr Theobald, was lernen die Teilnehmer durch Ihren Vortrag?

Teilnehmer erfahren, wie der 3D-Metalldruck sinnvoll für die Herstellung eines Robotergreifers angewendet werden kann, welchen Zusatznutzen sich dadurch hinsichtlich Leichtbau und Funktionsintegration erzielen lässt, welchen Aufwand der Konstrukteur hat, um den gewünschten Zusatznutzen zu realisieren. Weiterhin erläutern wir in unserem Vortrag, wie sich die Kosten mittels 3D-Metalldruck senken lassen und welche CAD-Tools notwendig sind, um die Umsetzung leicht zu erreichen

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