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Additives Freiformgießen Robotergreifer mit neuem Verfahren schnell und günstig herstellen

| Redakteur: Katharina Juschkat

Forscher des Fraunhofer IPA haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich Greifer schnell und günstig in einem Fertigungsschritt herstellen lassen. Das sogenannte additive Freiformgießen kombiniert dabei 3D-Druck mit Schwerkraftguss.

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Robotergreifer in einem Fertigungsschritt können Forscher des Fraunhofer IPA mit dem sogenannten additiven Freiformgießen herstellen.
Robotergreifer in einem Fertigungsschritt können Forscher des Fraunhofer IPA mit dem sogenannten additiven Freiformgießen herstellen.
(Bild: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez)

Am Fraunhofer IPA haben Forscher ein neues Verfahren entwickelt, das 3D-Druck mit Schwerkraftguss kombiniert: das additive Freiformgießen. Das Verfahren wird genutzt, um Greifer schnell und in einem Fertigungsschritt zu fertigen. Es eignet sich zudem für die variantenreiche Fertigung von mehrkomponentigen Bauteilen aus Thermoplasten und Elastomeren in kleinen Stückzahlen.

So funktioniert das additive Freiformgießen

Bei der Fertigung kommen zwei Druckköpfe und eine Dosiereinheit zum Einsatz. Der Grundkörper des Greifers und das Stützmaterial werden mit dem Verfahren „Fused Filament Fabrication“ (FFF) gedruckt. Sie bilden den steifen Teil des Greifers sowie eine Gussform. Als Druckmaterial für den Grundkörper verwenden die Forscher thermoplastische Kunststoffe wie Acrylnitril-Butadien-Styro-Copolymer (ABS). Die Stützstruktur hingegen besteht aus einem wasserlöslichen Kunststoff wie Polyvinylacetat (PVA).

Die Greiferbacken, die empfindliche Gegenstände wie Flaschen vorsichtig und rutschsicher greifen können, sind aus Zweikomponenten-Silikon gefertigt. Um das Silikon, das die Greiferbacken bildet, während des Herstellprozesses vergießen zu können, haben die Wissenschaftler eine spezielle Dosiereinheit in den 3D-Drucker integriert. Dabei werden Silikone von Henkel verwendet, die bestimmte Eigenschaften besitzen: Einerseits müssen sie viskos genug sein, um Details und Hohlräume auszufüllen. Andererseits müssen sie die Anforderungen der Tropf- und Aushärtezeit erfüllen.

Sobald der Herstellungsprozess abgeschlossen und das Silikon ausgehärtet ist, wird die Stützstruktur, die die Gussform bildet, im Wasserbad entfernt. So entsteht ein Bauteil mit gleichzeitig steifen und elastischen Materialeigenschaften. Der komplette Herstellungsprozess läuft fast vollständig automatisiert ab. Sobald man dem 3D-Drucker die CAD-Daten übermittelt, fertigt er den Greifer selbstständig. Einzig der Arbeitsschritt, den fertigen Greifer aus dem Drucker ins Wasserbad zu setzen, ist noch händisch zu erledigen.

Greifer müssen kostengünstig und schnell austauschbar sein

Hintergrund des neuen Verfahren ist es, dass Greifer häufig ausgetauscht werden müssen, da ständig neue Anforderungen erfüllt werden müssen. So beispielsweise bei dem Industrie- und Konsumgüterproduzenten Henkel: Hier entnehmen Roboter Kunststoffflaschen aus einer Abfüllanlage und führen sie der weiteren Verarbeitung zu. Die Roboter sind mit einem zweiteiligen Greifer bestückt, dessen Grundkörper bisher aus Aluminium besteht. Die Greiferbacken sind aus einem Elastomer gefertigt, damit die Flaschen nicht beschädigt werden oder abrutschen.

Das Problem: Henkel entwickelt seine Produkte oft weiter, wofür immer wieder die Greifer ausgetauscht werden müssen. Dafür müssen bisher die Gussformen für jeden Greifer einzeln produziert werden. Anschließend verschraubt ein Monteur die Greiferbacken von Hand mit dem Grundkörper. Ein zeitaufwändiges und teures Verfahren – vor allem, wenn die Greifer dann nicht lange im Einsatz sind. Hier kann das neue Verfahren Zeit und Geld sparen.

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