Der Endkunde ist ein Unternehmen in den USA, das mit den Robotern sogenannte „Tiny Houses“ in 3D drucken will. Beim 3D-Druck großer Objekte werden häufig Roboter eingesetzt, bei denen der zum Drucken verwendete Extruder als Werkzeug auf dem Roboter sitzt. Bei CEAD ist dieser in ihre Flexbot-Maschine integriert. Durch die Anbringung des Roboters an einem Hubmast kann seine Reichweite in diesem Fall um 2,3 Meter erhöht werden.
Finite-Elemente-Methode
„Jeder Mast bekommt einen eigenen Roboter“, erklärt Pieter Vansichen von SimKon by Vansichen. „Diese Roboter wiegen 2,2 Tonnen und müssen in der Höhe verschoben werden, um ihnen die nötige Reichweite zu geben. Dabei erfordert die Positionierung eine Genauigkeit von 0,2 mm, die für den hochpräzisen Druck erforderlich ist.“
Die lineare Bewegung in den Hubmasten wird durch eine von einem Servomotor angetriebene Kugelumlaufspindel erreicht. Dieser Motor verfügt auch über eine Bremse, mit der die Position der Achse arretiert werden kann, sobald der Roboter auf die gewünschte Höhe angehoben wurde. Der Hauptunterschied zu horizontalen Achsen besteht darin, dass der Roboter aufgrund seines Gewichts ein Moment auf die Achse ausübt. Außerdem ändert sich dieser Moment während der Bewegungen des Roboters ständig.
„Es ist die Struktur des Hubmastes, die dieses Moment auffängt“, sagt Pieter Vansichen. „Bei der Konstruktion haben wir die Finite-Elemente-Methode angewandt, um zu verifizieren, dass die Struktur in allen Positionen des Roboters hinreichende Steifigkeit aufweist. Diese Steifigkeit ist erforderlich, um die gewünschte Positionierungsgenauigkeit zu erreichen. Auch der Servomotor und die Kugelumlaufspindel wurden wegen der hohen Genauigkeit gewählt, die für diese Anwendung erforderlich ist.“
Schutz vor Staub und Schmutz
Die Masten haben eine Höhe von 4 Metern und eine Hublänge von 2,3 Metern. Jeder Mast allein wiegt schon 4,3 Tonnen, da kommen dann noch 2,2 Tonnen durch das Gewicht des Roboters hinzu. Über den beweglichen Teilen der Masten wurden Faltenbälge angebracht, um den Mechanismus im Inneren vor Staub, Schmutz und anderen Umwelteinflüssen zu schützen, so dass weniger Wartung erforderlich ist und eine lange Lebensdauer garantiert werden kann.
Vansichen und CEAD arbeiten schon seit längerem zusammen, um innovative Lösungen für die 3D-Drucktechnologie zu entwickeln. So wurden in Dubai bereits zwei horizontale Schienen mit einer Länge von jeweils 43 Metern installiert. Die Steuerung der Linearachsen ist wie bei den neuen Hubmasten für die USA in die Robotersteuerung integriert.
Quelle: automation magazine
