Additive Fertigung zum Leichtbau flexibler Greifer; Akronym: addFlex

Abstract

Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, eine digitalisierte und standardisierte Prozesskette zur automatisierten Herstellung von Leichtbau-Greifern mittels Additiver Fertigung zu entwickeln. Auf diese Weise sollen künftig ressourceneffiziente, adaptive und roboterbasierte Handhabungsprozesse für variantenreiche Produktionsabläufe ermöglicht werden. Durch den Leichtbauansatz können signifikante Material- und Gewichtseinsparungen erzielt werden, beispielsweise durch den Einsatz von Kunststoffen anstelle konventioneller Metalle sowie durch die Integration von Hohl- und Gitterstrukturen in der Konstruktion. Insgesamt wird von einer Reduktion von Gewicht und Volumen um bis zu fünfzig Prozent ausgegangen, was nicht nur eine höhere Materialeffizienz bedeutet, sondern auch direkte Auswirkungen auf die Nutzlast von Robotern hat. So kann bei einem Leichtbauroboter wie dem UR5e eine Nutzlasterhöhung von acht bis zwölf Prozent erreicht werden, wodurch sich neue Anwendungsfelder für energieeffiziente Leichtbauroboter erschließen lassen. Neben der Gewichtsreduktion steht die Nachhaltigkeit im Vordergrund. Der entwickelte Greifer ist als modularer Aufbau mit wiederverwendbarem Basisgreifer und austauschbaren Greiferfingern konzipiert. Damit kann ein Großteil des Systems über verschiedene Produktgeometrien hinweg langfristig genutzt werden, ohne aufwendige Hardwareumrüstungen vornehmen zu müssen. Zudem ermöglicht die Recyclingfähigkeit des Systems eine geschlossene Wertschöpfung. Besonders wichtig ist dabei die Abwägung zwischen Funktionsintegration durch Multimaterialdruck und den Vorteilen eines sortenreinen Recyclings mit Monomaterial. Durch die Adaptivität des Systems entfällt zudem die Notwendigkeit, große Mengen an Ersatzteilen vorzuhalten. Auch in der Herstellung selbst trägt die Additive Fertigung zu einer Ressourcenschonung bei, da sie nicht subtraktiv, sondern material- und energieeffizient additiv arbeitet. Im Betrieb sorgt das Prinzip des Formschlusses zusätzlich für einen geringeren Energieverbrauch im Vergleich zu konventionellen Lösungen. Insgesamt kann das Vorhaben somit einen wesentlichen Beitrag zur Minderung von Treibhausgasemissionen und damit zum Klimaschutz leisten. Ein weiterer zentraler Aspekt des Projekts ist die durchgängige Digitalisierung. Die Prozesskette umfasst eine Benutzerschnittstelle, die es erlaubt, neue Handhabungsaufgaben standardisiert zu definieren und geeignete Greiferkonstruktionen auszuwählen. Ergänzt wird dies durch Softwaremodule zur automatisierten Konstruktion und Simulation, deren Ergebnisse in Form von CAD-Modellen direkt an einen 3D-Drucker übermittelt werden. Damit entsteht ein vollständig digitalisierter und automatisierter Prozess, der die Wertschöpfungskette des Greifers prägt. Zur industriellen Umsetzung sind Demonstratoren vorgesehen, die sowohl bei Anwenderunternehmen vor Ort als auch am WZL aufgebaut werden. Diese Demonstratoren bilden die vollständige Prozesskette ab und ermöglichen die Erprobung der Technologie im industriellen Umfeld, wodurch Akzeptanz und Vertrauen für den langfristigen Einsatz geschaffen werden. Aufgrund der Vielseitigkeit der Lösung besteht ein erhebliches Potenzial für den Technologietransfer in zahlreiche Branchen des produzierenden Gewerbes, darunter die Textil-, Pharma-, Elektronik-, Nahrungsmittel- und Spielzeugindustrie.