Wie Harvestance Verpackungslinien mit Hilfe von 3D-Druck optimiert
Das Unternehmen im Fokus
Harvestance, ein Entwicklungs- und Ingenieurdienstleister, ist auf die Additive Fertigung spezialisiert. Das Unternehmen bietet 3D-Druck-Designlösungen (DfAM) und Dienstleistungen für verschiedene Branchen wie die Automobilindustrie, Halbleiterindustrie, Schuhindustrie und die Lebensmitteltechnologie an. Harvestance hat zahlreiche Anfragen für die Entwicklung und Herstellung von maßgeschneiderten, leichten und kräftigen Greifern für kollaborative Roboter erhalten, die zur Automatisierung in Produktionslinien eingesetzt werden.
Die Herausforderung
Herkömmliche Aluminiumgreifer, die oft schwer sind, begrenzen das Gewicht der Werkstücke, die gehoben werden können, und verbrauchen mehr Energie. Kunden von Harvestance, darunter Anwender von kollaborativen Robotern und Robotersystemintegratoren, sind mit zahlreichen Schwachstellen konfrontiert:
Problemstellen für Roboteranwender und Systemintegratoren
- Kollaborative Roboter sind in der Regel auf kleine Nutzlasten von 20 kg beschränkt. Herkömmliche Aluminiumgreifer, die durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden, wiegen in der Regel 1–2 kg oder mehr, was einen beträchtlichen Teil der Kapazität des Roboters ausmacht und das Gewicht des zu bearbeitenden Werkstücks einschränkt.
- Die Bedingungen an verschiedenen Produktionsstandorten variieren und erfordern kundenspezifische Greifer. Die Komplexität der Geometrien und Bedingungen erschwert jedoch die individuelle Anpassung aufgrund der Kosten und Herstellungszeit herkömmlicher Methoden.
- Pneumatische Greifer mit mehreren Saugnäpfen benötigen zahlreiche Vakuumschläuche, die die Bewegung des Roboters beeinträchtigen können.
- Die Entwicklung maßgeschneiderter Greifer für die jeweiligen Einsatzbedingungen zu wettbewerbsfähigen Preisen stellte eine Herausforderung dar.
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„Mit der Endlosfaserverstärkungstechnologie im 3D-Druck von Markforged konnten wir unser Geschäft durch die Entwicklung leichter, kräftiger Robotergreifer zu wettbewerbsfähigen Lieferzeiten und Preisen ausbauen.“
– Seungjae Leem, CEO von Harvestance
Die Lösung
„Wir waren überzeugt, dass der 3D-Druck diese Probleme vollständig lösen kann. Wir haben uns für die 3D-Drucktechnologie von Markforged mit Kompositmaterial entschieden, um das Gewicht der Greifer zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit und Steifigkeit zu verbessern, um so ihre Leistung zu optimieren“, erklärt Harvestance-CEO Seungjae Leem.
Harvestance konzentrierte sich zunächst auf ein leichtes Design und integrierte die Vakuumkanäle von der Druckluftquelle zu den Saugnäpfen direkt in das Greifergehäuse, was eine One-Touch-Montage ohne externe Schläuche ermöglicht. Das Unternehmen wendeten verschiedene Designmethoden an, um die Qualität und Effizienz der 3D-Druckteile zu verbessern. So wurde bei der Neugestaltung die Oberflächenrauhigkeit minimiert und selbsttragende innenliegende Vakuumkanäle erzeugt. Dieser Ansatz verbesserte die Qualität und reduzierte Zeit und Kosten.
Das Material der Teile ist entscheidend für die Fabrikproduktion von Werkzeugen wie Greifern. Leem und sein Entwicklungsabteilung testeten verschiedene Drucker und Materialien, darunter Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolithographie (SLA), selektives Lasersintern (SLS) und Pulverbettfusion (PBF). Nur Markforged mit Onyx und der Carbonfaserverstärkung konnte die Biege- und Schlagfestigkeit erreichen, die diese Teile für die Zertifizierung benötigen.
Ein weiterer Vorteil von Markforged ist die hervorragende Oberflächenqualität. Alle anderen von Harvestance getesteten 3D-Drucker erforderten eine Nachbearbeitung, z. B. das Wegschmelzen von Stützstrukturen, Entpulvern, Waschen und Aushärten oder Polieren. Die mit Markforged gedruckten Teile konnten jedoch direkt vom Druckbett ohne weitere Verzögerung oder zusätzliche Arbeitskosten für eine Nachbearbeitung verwendet werden.
„Wir haben uns für die 3D-Drucktechnologie von Markforged mit Kompositmaterial entschieden, um das Gewicht der Greifer zu reduzieren und gleichzeitig ihre Festigkeit und Steifigkeit zu verbessern und so ihre Leistung zu optimieren.“
Seungjae Leem CEO von Harvestance
Für den Druck größere Werkzeuge wie kundenspezifische Greifer für Palettierroboter und schwere Pick-and-Carry-Werkzeuge für große Industrieroboter nutzt Harvestance den Markforged FX20. Der schnellere FX20 beschleunigt außerdem die Produktion um das 3- bis 4-fache.
„Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie von Markforged konnten wir das Gewicht im Vergleich zu handelsüblichen Greifern um 80 % reduzieren und die Lieferzeit im Vergleich zu herkömmlichen CNC-gefrästen Greifern von zwei Wochen auf zwei Tage verkürzen“, sagt Seungjae Leem, CEO von Harvestance.
Durch die Verstärkung der Unterseite des Greiferkörpers mit Endloscarbonfasern und Glasfasern entwickelte Harvestance einen kräftigen, leichten Greifer, der auch schwere Werkstücke tragen kann, ohne ihre Form zu verändern.
„Das hochfeste Material (Onyx), die Endlosfaserverstärkung, die hervorragende Oberflächenqualität und die einfache Nachbearbeitung von Markforged waren für uns die ideale Lösung. Unsere Ingenieure können sich voll und ganz auf ihre Arbeit konzentrieren und Produkte entwickeln, ohne sich Gedanken über die mechanischen Eigenschaften, den Aufwand für die Nachbearbeitung oder die Qualität machen zu müssen“, fügt Leem hinzu.
„Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie von Markforged konnten wir das Gewicht im Vergleich zu handelsüblichen Greifern um 80 % reduzieren und die Lieferzeit im Vergleich zu herkömmlichen CNC-gefrästen Greifern von zwei Wochen auf zwei Tage verkürzen.“
Seungjae Leem CEO von Harvestance
Die Zukunft
Harvestance nutzt seine Fähigkeiten im mechanischen Design und seine DfAM-Lösungen in Kombination mit der 3D-Drucktechnologie von Markforged mit Kompositmaterialien, um leichte, kräftige, kundenspezifische und erschwingliche Greifer auf den Markt zu bringen.
Das Unternehmen bietet zahlreiche Dienstleistungen rund um Robotergreifer, die auf die individuellen Kundenbedürfnisse zugeschnitten sind. Das oberste Ziel besteht darin, einen Service zu bieten, der unabhängig von Zeit und Ort schnell Teile liefert, die auf die Bedingungen beim jeweiligen Kunden zugeschnitten sind. In einem ersten Schritt wurde ein Algorithmus für die automatische Konstruktion von kundenspezifischen Greifern entwickelt und eine Online-Plattform aufgebaut, über die Kunden diese Greifer entwerfen, bestellen und bezahlen können. Diese Initiative wird bald auf Artikel wie Fingergreifer und Greiferspitzen ausgeweitet.
Neben der Entwurfsautomatisierung möchte Harvestance auch Produktionssysteme automatisieren, indem es die Markforged Digital Forge-Plattform für Teile nutzt, die über ihre Online-Plattform für 3D-Druckdienste bestellt werden.
„Die Technologie von Markforged und der einfache Fertigungsprozess waren entscheidend für den Start und die Expansion unseres Geschäfts mit End-of-Arm-Tooling. Wir sind davon überzeugt, dass wir mit der Digital Forge-Plattform unsere Abläufe weiter rationalisieren und modernisieren können.“
Seungjae Leem CEO von Harvestance
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