Superschneller Roboter legt Carbonfaserstreifen auf 3D-Form

Additive Fertigung: Zwei Roboter tanzen Samba

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Mit seinen Fiber-Patch-Placement-Anlagen schlägt Cevotec ein neues Kapitel der additiven Fertigung auf. Mitten im Geschehen: Hochleistungs-Robotik von Stäubli.

3D-Druck hat gerade bei komplexen 3D-Geometrien den Nachteil langsamer Baufortschritte. Beim Fiber Patch Placement (FPP) sieht die Sache anders aus. In den vollautomatischen Anlagen von Cevotec sorgen zwei Stäubli Roboter, darunter einer der weltweit schnellsten Vierachser, für bis dato unerreichten Output.

Beim FPP wird eine dreidimensionale Positiv- oder Negativform mit definierten Carbonfaserstreifen (den Patches) belegt. Das Bauteil wird also additiv, flexibel und automatisiert aus einzelnen Faserstreifen zusammengesetzt. Der entscheidende Vorteil: Die Patches, die vollautomatisch aus flachem Faserband geschnitten werden, lassen sich frei auf der Form positionieren. Und durch die individuelle Faserorientierung jedes Patches entsprechend der Belastungen im Bauteil lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Preforms beachtlich steigern.

Ein weiterer Vorteil beim Fiber Patch Placement ist der hohe Materialnutzungsgrad. Von dem zugeführten Faserband landen über die zugeschnittenen Patches 100 Prozent des Materials im Bauteil. Bei einem Werkstoff, der deutlich teurer ist als Aluminium oder Stahl, ein entscheidender Wirtschaftlichkeitsfaktor.

Wie schnell und effizient das Fiber Patch Placement in der Praxis sein kann, beweist Cevotec mit der vollautomatischen Produktionsanlage Samba Pro. Für die Realisierung dieser Zellen vertraut Cevotec auf die Kompetenz des Amberger Anlagenbauers Baumann, der sich mit anspruchsvollen Automatisierungslösungen – sei es in der Elektronikmontage oder im Waferhandling – einen Namen gemacht hat.

Da bei diesen Anlagen der Performance der Robotik eine entscheidende Rolle zukommt, entschied man sich für Hochleistungsroboter von Stäubli. In jeder Zelle arbeiten zwei Roboter: ein ultraschneller Fastpicker TP80 sowie ein großer Sechsachser des Typs TX200. Somit stehen für die freie Positionierung der Patches zehn Roboterachsen zur Verfügung.

Das Fiber Patch Placement im Detail: An Station eins wird das Carbonfaserband abgewickelt und der automatischen Schneideinheit zugeführt. Hier schneidet ein Laser das Band mit höchster Präzision in Streifen. Anschließend übernimmt ein Bildverarbeitungssystem die geometrische Überprüfung der Patches. Alles Weitere ist Aufgabe der Roboter.

Der Fastpicker greift mit einem speziellen Vakuumgreifer den Carbonstreifen vom Band und fährt zu einem weiteren Kamerasystem, das Position und Orientierung des Patches am Greifer bestimmt. Noch während die Korrekturparameter durch die Bildverarbeitung errechnet werden, steuert der TP80 die ursprünglichen Zielkoordinaten an, korrigiert auf die finale Position und klebt den Patch auf.

Während der Handhabung heizt der Greifer den Patch auf und aktiviert dadurch dessen bebinderte Seite, so dass eine sichere Anhaftung gewährleistet ist. Der große Sechsachser TX200 hat dabei die Aufgabe, die Form, die mit den Patches belegt wird, schnell, präzise und lagerichtig unter dem TP80 zu positionieren.

Knowhow intensive Greiftechnik

Eine Schlüsselrolle bei der Handhabung kommt Cevotecs formflexiblem Patch-Greifer zu. Ausgestattet mit einem Spezialschaumstoff passt sich der Greifer auch den komplexesten Oberflächen an. Selbst bei Winkeln über 90° und zweiachsig gekrümmten Oberflächen hinweg legt er die Patches passgenau ab. Dank der zehn Achsen der beiden Stäubli Roboter kann der Greifer auch bei sehr komplexen Bauteilen jede Stelle erreichen. Auch am Ende des Preforming-Prozesses geht es vollautomatisiert weiter: Die eigenstabilen Preforms werden automatisch vom Werkzeug gelöst und zum nächsten Verarbeitungsschritt übergeben. 

„Die Performance der Stäubli Roboter ist entscheidend für den kompletten Prozess. Insbesondere der hohen Dynamik des TP80 ist es zu verdanken, dass wir Taktzeiten erreichen, die eine Serienproduktion ermöglichen. Dieser Speed macht diese Technologie sowohl für Klein- wie Großserien interessant“, betont Cevotec CTO Felix Michl. Anwendungsbereiche der Technologie sieht er in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie aber auch in der Medizintechnik, im Sportartikelbereich und überall dort, wo hochfeste Leichtbauteile eine Rolle spielen.

Stäubli Tec-Systems GmbH
Robotics

www.staubli.com



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