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DER KONSTRUKTEUR 5/2015

DER KONSTRUKTEUR 5/2015

CAD / CAM / PLM Das

CAD / CAM / PLM Das Schlagwort heißt Funktionsintegration Additive Fertigung ermöglicht die Umsetzung bionischer Konstruktionsprinzipien Die Natur liefert unzählige Ansätze, die nur darauf warten, von der Bionik analysiert und auf innovative Weise technisch abgebildet zu werden. Jedoch sind die Problemlösungen der Natur nur selten mit konventionellen Fertigungstechniken umzusetzen. Festo, führend in der Automatisierungstechnik, verwendet deshalb für die Klein serienfertigung einiger seiner, auf bionischer Adaption beruhenden, industriellen Applikationen das Laser-Sinter-Verfahren. Das Esslinger Unternehmen Festo hat seit 1995 Erfahrung in der generativen Fertigung und stellt mit dieser Technologie mittlerweile mehrere tausend Teile jährlich her. Was einst mit Konzeptmodellen und Funktionsprototypen begann, ist inzwischen in der Kleinserienfertigung angekommen. Dafür war auch das 2006 von Festo gegründete Bionic Learning Network, ein Verbund mit namhaften Hochschulen, Instituten und Entwicklungsfirmen, ein wichtiger Wegbereiter. Produkte, deren technische Grundprinzipien aus der Natur abgeleitet sind, weisen nicht selten ein komplexes Design auf. Mit herkömmlichen Fertigungsmethoden kann das nicht oder nur schwer und kostspielig umgesetzt werden. Dabei bestimmt das Herstellungsverfahren das Produktdesign, was dadurch viel zu oft Einschränkungen erfährt. Die rationell konstruierende Natur hingegen kennt diese Restriktionen nicht. Ihr kann also nur mit einer Technologie nachgeeifert werden, bei der das Design die Produktionsweise bestimmt und die im Idealfall auch in Serie funktioniert. Handhabungstechnik der Natur abgeschaut Ein Beispiel für die erfolgreich realisierte Produktentwicklung und Herstellung mittels additiver Fertigung: der adaptive Greifer DHDG. Er ist mittlerweile fester Bestandteil des Produktprogramms von Festo und wird auf einer Laser-Sinter-Anlage Erst durch das Laser-Sintern konnten der Bionische Handling- Assistent sowie dessen Greiforgan hergestellt werden Formiga P 100 von EOS gefertigt. Seine Struktur ist einer Fischflosse nachempfunden. Er besitzt zwei flexible Bänder, die wie ein Dreieck in der Spitze zusammenlaufen. In regelmäßigen Abständen werden Zwischenstege über Gelenke mit den Bändern verbunden. Durch diesen flexiblen, zugleich aber festen Verbund passen sich die Greiffinger der Kontur des Werkstücks an. Auch empfindliche Objekte oder Objekte mit voneinander abweichenden Konturen werden festgehalten und transportiert. Das Besondere daran ist, dass die Greifelemente diese Funktionalität bereits direkt nach der Herstellung besitzen und nicht erst nach aufwendiger Montage. Laser-Sintern ist damit Fertigungsvoraussetzung für dieses Design und diese spezielle Anwendung – eine Alternative nicht existent. Ein zweites Beispiel ist der Bionische Handling-Assistent. Das bewegliche Assistenzsystem nach dem Vorbild eines Elefantenrüssels besteht aus drei Grundelementen zur räumlichen Bewegung sowie einer Handachse und einem Greifer mit adaptiven Fingern. „Der Hightech-Arm wäre aufgrund seiner Funktionalität sowie des Aufbaus aus komplexen Kunststoffteilen ohne Laser-Sintern nicht realisierbar gewesen“, sagt Klaus Müller-Lohmeier, Leiter Advanced Prototyping Technology bei der Festo AG & Co. KG. Schon vier Bau- 46 Der Konstrukteur 5/2015

prozesse einer Formiga P 100 reichen aus, um einen kompletten Handling-Assistenten herzustellen. Funktionsintegration bereits in der Fertigung Die EOS-Technologie macht es möglich, Funktionen, über die das Endprodukt später verfügen soll, bereits mit zu fertigen. Das ist von Vorteil, weil sich so die Anzahl an Einzelteilen verringert und ein nachträglicher Montageaufwand reduziert wird. „Dank der gestalterischen Freiheit des Laser-Sinter-Verfahrens können wir bewegliche, flexible, aber auch gezielt steife Formen herstellen – gerade so, wie sie in der Natur vorkommen. Unsere Konstrukteure können unabhängig von den Beschränkungen herkömmlicher Fertigungstechnologien agieren und sich vollends auf die Umsetzung des analysierten natürlichen Prinzips konzentrieren“, ergänzt Müller-Lohmeier. Ferner ist der adaptive Greifer DHDG sehr ökonomisch, weil er im Vergleich zu den herkömmlichen Greifern aus Metall rund 80 % leichter ist. Verantwortlich dafür ist die additive Fertigung von Kunststoff, mit der besonders leichte, elastische dabei dennoch sehr stabile Strukturen hergestellt werden können. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Greifelemente mehr als 5 Millionen Biegewechseln standhalten. Generativ fertigen heißt immer auch werkzeuglos produzieren. „Wie kosteneffizient das sein kann, zeigt ein Kunden- Bereits direkt nach der Herstellung besitzt das Greiforgan seine Funktionalität CAD / CAM / PLM STATEMENT Dr. Michael Döppert, Chefredakteur Ohne die Einschränkung von Konstruktionsparametern durch klassische Fertigungsverfahren ermöglicht die additive Fertigung – hier das Laser-Sintern – ein neues Niveau der Kreativität. Aus Konstruktionssicht betrachtet, ermöglichen die heute hier verfügbaren Anlagen die Herstellung von Teilen oder Geometrien, die in der Vergangenheit nicht machbar waren. Im übrigen werden additive Verfahren auch den privaten Anwendungsbereich erobern. Man muss kein Prophet sein, um sagen zu können, dass 3D-Drucker technologisch und auch von der Kostenseite heute soweit sind, dass sie sicherlich in den nächsten fünf Jahren in den Consumer- Markt vordringen werden. projekt, bei dem wir 12 000 Bauteile mittels Laser-Sintern als Alternativ-Technologie hergestellt haben: Die werkzeuglose Fertigung sparte 40 % der Stückkosten im Vergleich zum Spritzguss. Alle Teile waren in nur vier Bauaufträgen innerhalb einer Woche produziert. Die konventionelle Fertigung hätte zwei Monate gedauert“, erklärt Müller-Lohmeier. Außerdem reduzieren sich die Folgekosten für Hilfsmittel und Vorrichtungen und es entstehen keine Verzögerungen bei der Erstellung von Werkzeugen. So kann Festo seine Produkte viel schneller am Markt einführen. Der Hightech-Roboterarm ist ein Beispiel für die Umsetzung einer weitgehend digitalen Prozesskette im Bereich der industriellen Fertigung. Müller- Lohmeier fügt hinzu: „Gegenwärtig nutzen wir die EOS-Technologie zusätzlich vermehrt für Projekte, bei denen jährlich nur begrenzte Stückzahlen eines komplexen Teils benötigt werden. In diesen Fällen ist es für uns eine echte Alternative zu bestehenden, oft werkzeuggebundenen Verfahren.“ Bilder: Festo AG & Co.KG www.eos.info Dichtungen. Stanzteile. Isolierteile. Individuelle und wirtschaftliche Lösungen • Jede Form, jedes Material, jede Größe • Vielseitige Technologien im Bereich des Stanzens und des Wasserstrahlund Laserschneidens • Hohe Flexibilität durch eigenen Werkzeugbau • Lösung komplexer kundenspezifischer Aufgabenstellungen Schlösser - Ihr kompetenter Partner. www.schloesserdichtungen.de Schlösser GmbH & Co. KG Wilhelmstraße 8 | 88512 Mengen Tel. +49 7572 606-0 | Fax 606-5598 info@schloess.de

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