DIGITALISIERUNG
ZUM
ANFASSEN

Automatisierter Objektwechsel mit Leichtbauroboter im 3D-Druck

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Der Roboter ersetzt nicht den Menschen, sondern ergänzt seine Fähigkeiten und nimmt ihm belastende Arbeiten ab.

DIE AUSGANGSLAGE

Das Unternehmen TinkerToys GmbH stellt kundenindividuelles Spielzeug mittels der 3D-Druck-Technologie her. Das Problem dieser Produktionsstrategie besteht darin, dass die Produktion (also der Druck) die Präsenz eines Mitarbeiters erfordert. Der Mitarbeiter initiiert den Druck und entnimmt das gedruckte Objekt, führt Nacharbeiten am gedruckten Objekt durch (z.B. Entgraten) und startet einen neuen Druckauftrag. Da das Unternehmen sehr klein ist, sind Schichtdienste nicht möglich. Um die Ausbringungsmenge und insbesondere die Kapazitätsauslastung der 3D-Drucker dennoch zu erhöhen, erscheint der Einsatzes einer Automatisierungslösung sinnvoll.

DIE LÖSUNG

In Zusammenarbeit mit dem Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Cottbus ist ein Demonstrator entstanden, der diese Herausforderung prototypisch löst. Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Magdeburg hat dabei die Entwicklung des Szenarios, die Anforderungsermittlung sowie die Erprobung vorgenommen, dass Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Cottbus die technische und programmierseitige Umsetzung. 

Der Demonstrator besteht aus einem auch bei TinkerToys eingesetzten 3D-Drucker Ultimaker 2+ sowie aus einem Leichtbauroboter Universal Robots UR5. Die Kernaufgabe des UR5 besteht in der Entnahme des gedruckten Objekts. Da sich die gedruckten Objekte hinsichtlich Form und Größe sehr unterscheiden, wird nicht das Objekt selbst, sondern die Druckplatte auf der sich das Objekt befindet entnommen. Dazu war die Konstruktion einer neuen Druckplatte erforderlich, da die ursprüngliche Druckplatte aus Glas besteht und nur sehr schwer durch einen Roboter gegriffen werden kann. 

Der Gesamtprozess besteht folglich aus der Beschickung des 3D-Druckers mit der Druckplatte durch den UR5, den Druck des Objekts, der Entnahme der Druckplatte inkl. des gedruckten Objekts sowie der Nachbereitung des Druckergebnisses durch den Mitarbeiter (zeitlich entkoppelt). 

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UR5-Roboter bei der Bestückung des 3D-Druckers mit leerer Druckplatte 

Der 3D-Drucker erwärmt das Druckmaterial und spritzt es auf die Platte.

Die generelle technische Machbarkeit hat uns überzeugt, für eine Umsetzung im realen Betrieb müssen wir jedoch die Investitionskosten noch reduzieren, um eine wirtschaftliche Machbarkeit darzustellen. Hieran arbeiten wir aktuell. 

Sebastian Friedrich (TinkerToys GmbH)

DAS HAT ES GEKOSTET

Für die Roboterhardware sind ca. 20.000 Euro für eine nichtkommerzielle Nutzung angefallen. Hinzu kommen Materialkosten für die Erweiterungen am Roboter (Grundplatte, Sensorik und Aufnehmer) sowie die neuen Druckplatten des 3D-Druckers. Für die Anforderungsanalyse, Konzeptentwicklung und Umsetzung sind darüber hinaus in beiden Kompetenzzentren Personenmonate angefallen.

DAS WÜRDEN WIR NIE WIEDER MACHEN

Aktuell wird die Druckplatte über einen Magneten im Drucker fixiert, die Position der Druckplatte ist damit nicht sehr genau. Diese Ungenauigkeit führt dazu, dass der Roboter die Platte immer etwas unterschiedlich aufnimmt und nicht platziert genug am finalen Ablageort ablegen kann. Eine genauere Fixierung im Drucker ist bei erneuter Umsetzung anzustreben. 

WAS LEISTET DER DEMONSTRATOR?

Der Roboter erkennt durch einen zusätzlichen Sensor, wenn der Drucker den 3D-Druck beendet hat und die Druckplatte wieder in die Ausgangsposition verfahren wurde. Der Roboter entnimmt anschließend die Druckplatte und legt sie auf einem vordefinierten Platz ab. Eine neue, leere Druckplatte kann eingelegt werden und der 3D-Druck kann erneut starten. Die prinzipielle technische Machbarkeit einer solchen Automatisierung ist durch den bestehenden Demonstrator nachgewiesen. Die Schwerpunkte der künftigen Arbeiten, liegen in der weiteren Detaillierung des Szenarios (z.B. Integration mehrerer Druckplatten). 

 

  • Ansprechpartner

    Martin Matke
    Jonas Mielke

    Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF
    Fraunhofer IFF I VDTC 
    Joseph-von-Fraunhofer-Straße 1
    39106 Magdeburg

  • Branche & potenzieller Einsatzbereich

    Spielzeughersteller

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