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Industriedesign

Der Schwerpunkt meiner Auseinandersetzung liegt in der Funktionalität der Produkte.
Deren Form wird neben der Funktion aus Anforderungen an Steifigkeit, Fertigungsverfahren und Ästhetik abgeleitet.

Design eines funktionsintegrierten, additiv gefertigten Vakuumgreifers

Ziel der Arbeit ist es, eine Methodik zu entwickeln, mit deren Hilfe Baugruppen funktionsintegriert werden, wenn diese additiv gefertigt werden. Funktionsintegration bedeutet hierbei das Zusammenfassen mehrerer Einzelfunktionen in einem Bauteil. Veranschaulicht wird dieser Vorgang am Beispiel eines Vakuumgreifers für Din A4 Papier. Vorgegeben sind außerdem Randbedingungen wie Haltekraft, Haupt- und Anschlussmaße, Anzahl der Sauger und die Kräfte, resultierend aus der Masse des Papiers und den auftretenden maximalen Beschleunigungen sowie dem Luftwiderstand.

Die Entwicklung und Konstruktion der Greifer erfolgt methodisch. Da beide Greifer denselben Funktionsumfang haben, gilt für beide dieselbe Anforderungsliste, Blackbox und auch Funktionsstruktur. Unterschiede treten erstmals in der Konstruktion auf. Zu Beginn der Produktentwicklung wurde eine Analyse bereits bestehender Vakuumgreifer sowie Funktionsintegrationsbeispielen durchgeführt. Nachdem anschließend die konkrete Zielsetzung formuliert wurde werden die Anforderungen in der Anforderungsliste gesammelt. Im Anschluss wird eine Blackbox erstellt um einen Überblick über den Energie, Stoff und Signal Flüss in und aus dem System zu erhalten. Das innere der Black Box wird dann in der Funktionsstruktur ausformuliert. Hier werden alle Funktionen der Greifer auf elementare Einzelfunktionen heruntergerochen. Später werden die einzelnen Funktionen hinsichtlich ihrer umsetzung in der additiven Fertigung untersucht. Funktionen bei denen die Realisierbarkeit nicht sichergestellt ist, wie z.B. der Erzeugung von Unterdruck mit dem Venturiprinzip werden in Versuchen getestet. Alle Funktionen die realisierbar sind werden auch in des AM-Teil integriert. Alle anderen werden von der Funktionsintegration ausgeschlossen und durch andere Teile realisiert.

Bei der Konstruktion des konventionellen Greifers wurde darauf geachtet, möglichst viele Norm- und Kaufteile zu verwenden, um die Kosten und den Fertigungsaufwand möglichst gering zu halten. Die pneumatischen Komponenten wie Fittinge, Schläuche, Sauger und die Venturidüse werden von einer Firma bezogen. Das Gestell wird aus Aluminiumnutprofilen aufgebaut. Diese bieten eine einfachen und modularen aufbau des Gestells. nur der Flansch zur Befestigung an einem Roboter sowie die Haltebleche der Sauger sind selbst gefertigt worden.

Der Korpus des funktionsintegrierten Greifers wird additiv gefertigt. Die Form des Greifers ergibt sich zum einen aus den Anschlussflächen (Flansch und Sauger) die sich an genau der Selben Position befinden wie beim konventionellen Greifer. Zum anderen wird die Form des Greifers aus dem Topoligeoptimierungsergebnis abgeleitet und an die anforderungen der additiven fertigung angepasst. zudem beeinflussen die integrierten funktionen wie z.b. die Schalldämpfer am ende der Ausleger die Geometrie. Es wurde zudem darauf geachtet, dass der komplette greifer in einem Stück und ohne stützmaterial gedruckt werden kann. hierzu worden die inneren Hohlräume zur druckluftleitung mit einer tropfenförmigen komtur versehen, sodass an keiner Stelle ein Überhang von mehr als 45° auftritt. außerdem ist die unterseite des greifers plan, sodass auch hier an keiner stelle Stützmaterial notwendig ist. Da der greifer von unten angeschraubt wird würden sich die schraubenkopfauflagen allerdings in der luft befinden. damit auch hier kein stützmaterial notwendig ist wurden während des Druckes unterlagsscheiben in das druckteil gelegt, welche dann als schraubenkopfauflage aber auch ls stütze für die darüber liegenden schichten dienen. Da die Sauger aus elastomeren bestehen und kein drucker mit verschiedenen Materialien zur Verfügung stand wurden diese aus der Funktionsintegration ausgeschlossen und nächträglich mittels einer Einschmelzmutter eingeschraubt. Dies gilt auch für den Schlauchanschluss, der den Greifer mit Druckluft versorgt.

Um auch einen Einblick zu geben ob sich funktionsintegration überhaupt lohnt, wurden beide Greifer ausführlich analysiert und verglichen. Hier konnte der additiv gefertigte Greifer in einigen Punkten deutlich besser abschneiden als der konventionelle. Z.B. weißt dieser eine um 23% geringere Verformung auf, dies liegt, daran, dass sich hier material genau in kraftrichtung zwischen Sauger und Flansch befindet. Das trägt auch zu der gewichtseinsparung von über 50% bei. Vorallem bei Händlingsystem spielt das Gewicht der Greifer eine Entscheidende Rolle, da dieses oftmals um ein vielfaches größer ist als das der Werkstücke und somit das greifergewicht der limitierende Fektor der Aktiaton darstellt. Hier kann nicht nur das handling verschnellert sondern auch die andtriebleistung z.b. durch einen schwächeren Roboter reduzeirt und somit Kosten gespart werden.

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