3D-Druck mit dem Roboter: Komplexe Freiformteile ohne Stützmaterial fertigen

Die additive Fertigung gilt als bahnbrechende und innovative Technologien mit dem Potenzial, die industrielle Fertigung von traditionellen Produktionsprozessen abzukoppeln. In der Digitalen Fabrik der FH Technikum Wien wird derzeit erforscht, wie sich die 3D-Druck-Technologie mit dem Einsatz von Robotern kombinieren lässt. Ziel ist es, auf diese Weise komplexe Freiformteile ohne Stützmaterial herzustellen.

Schicht für Schichte

„Es existieren verschiedene additive Fertigungsverfahren, die auf dem gleichen Prinzip beruhen, jedoch unterschiedliche Materialien verarbeiten“, erklärt Mohamed Aburaia, Leiter des Kompetenzfelds Digital Manufacturing, Automation and Robotics der FH Technikum Wien. Das Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication) kommt aufgrund seiner Einfachheit und der niedrigen Betriebskosten am häufigsten zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird ein thermoplastisches Material (als Filament) durch einen Extruder geführt, aufgeschmolzen und durch die Achsbewegungen eines automatisierten kartesischen Systems auf eine Bauplattform derart aufgetragen, dass schichtweise ein dreidimensionales Bauteil entsteht. Das Verfahren hat jedoch auch Nachteile, denn die erzeugten Bauteile weisen im Vergleich zu anderen Technologien der additiven und herkömmlichen Fertigung mechanische und geometrische Einschränkungen auf – etwa in Bezug auf die Zugfestigkeit bzw. den Bedarf an Stützmaterial – und sind häufig für funktionale Anwendungen nicht geeignet.

Stabilere Konstruktionen durch Roboter-Einsatz

Eine mögliche Alternative kann hier der Einsatz von Knickarmrobotern bieten. Derartige Systeme mit sechs oder mehr Freiheitsgraden werden heutzutage als Standard-Manipulatoren in der Industrie eingesetzt. Sie bieten den Vorteil einer kompakten, aber massiven Bauweise und ermöglichen die Durchführung komplexer Bewegungen. Im Vergleich zu den auf drei Bewegungsachsen beschränkten „klassischen“ 3D-Druckern kann so in ganz unterschiedlichen Achsrichtungen – etwa auch horizontal – gedruckt werden, was für die Herstellung von stabileren Konstruktionen genutzt werden kann. „Dank der enormen Reichweite dieser Robotersysteme können große und gleichzeitig hochkomplexe Bauteile kosteneffizient und unkompliziert hergestellt werden“, sagt Mohamed Aburaia.

Höchste Präzision bei maximaler Reichweite

„Die vielseitigen Möglichkeiten der robotergestützten additiven Fertigung eignen sich bestens für die hohen Ansprüche der Industrie“, führt der Experte weiter aus. Mit vor Ort und genau nach Bedarf gedruckten Teilen erübrigen sich logistischer Aufwand und lange Lieferketten. Extravagantes Design und außergewöhnliche Strukturen können so ohne Einschränkungen erstellt werden.