Anwendungs-Spotlight Farason Corporation: Schnellwechsel-Montageplatte

Seit über 30 Jahren entwirft und beliefert die Farason Corporation kundenspezifische Automatisierungs- und Robotersysteme an Hersteller und lieferte über 900 Anlagen nach Nordamerika, Asien, Südamerika und Europa. Farason ergänzte seine Produktion mit Markforged 3D-Druckern, um die Design- und Produktionsmöglichkeiten zu erweitern, um sein Versprechen gegenüber Kunden einzuhalten, einzigartige Lösungen bereitzustellen, die exakt auf die individuellen Herausforderungen der Kunden zugeschnitten sind. Das Unternehmen nutzte Markforged, um eine kundenspezifische Schnellwechsel-Montageplatte für einen EOAT-Vakuumgreifer herzustellen.

Da die zu transportierenden abgepackten Waren (gefüllte Shampooflaschen) schwer und unregelmäßig geformt waren und sich schnell durch die Verpackungslinie bewegten, waren handelsübliche Verpackungslösungen gemäß den Traglastgrenzen des Roboters für das Anheben zu schwer. Außerdem konnten die angestrebten Zyklusraten und Förderstrecken nicht erreicht werden. Durch den großen Produktmix war das Entfernen und Ersetzen von Schnellwechsel-Montageplatten aus Onyx® und Endloscarbonfaser (EOAT) erforderlich, aber herkömmliche (aus Delrin gefräste) Teile sind nicht die ideale Lösung: Eine individuelle Lösung für jeden einzelnen Wechsel würde sich negativ auf den Produktionsplan auswirken und wäre nicht in der Lage, in erschwinglicher Weise auf Änderungen bei den verfügbaren Robotern und den beförderten Verpackungen zu reagieren.

Nach Ansicht der Mitarbeiter von Farason war ein maßgeschneidertes Greiferwerkzeug erforderlich. Allerdings stellen herkömmliche, etwa aus Delrin gefräste Teile, eine schlechte Lösung dar: 

• Die Teile sind teuer und für hohe Zyklusraten möglicherweise noch immer zu schwer.
• Leistungsoptimierte Greiferwerkzeuge erfordern mehrere kostspielige Frässchritte, um Funktionen entlang mehrerer Achsen zu liefern, was bei einer externen Fertigung zu höheren Kosten und längeren Lieferzeiten führt.
• Weitere Maßnahmen, um das Gewicht zu reduzieren, können zu einer Überbearbeitung von Teilen führen, was das Risiko von Ausschuss erhöht und zusätzliche Verzögerungen mit sich bringt.
• Die Produktion von individuellen Greiferwerkzeugen für einzelne Anwendungen ist nicht für Änderungen von Automatisierungsplattformen und Produktverpackungen geeignet.

Richard Cook, F&E Support-Ingenieur bei Farason, nutzte die Möglichkeiten des industriellen 3D-Drucks in Kombination mit anderen Komponenten, um ein kundenspezifisches Schnellwechselsystem mit Montage- und Aufnahmeplatte zu entwickeln. Diese Hybridteile reduzierten die Größe, das Gewicht und die Anzahl der Teile eines konventionellen Schnellwechselsystems für Vakuumgreifer, während gleichzeitig bewährte Greiferkomponenten integriert wurden. Richard Cook hob hervor, dass das entwickelte leichte Greiferwerkzeug nicht nur eine Zyklusrate von 80 Stück pro Minute einschließlich langer Verfahrwege von über 26 Zoll erreicht. Diese für die Produktion geeignete Lösung ermöglicht darüber hinaus werkzeuglose Umstellungen beim Wechsel zwischen den produktzugewandten Aufnahmeplatten.

Christian Weder, Design Support-Ingenieur, nimmt eine Schlüsselfunktion ein und unterstützt das Design und die Herstellung von 3D-Druck-Teilen mit den Anlagen von Markforged bei Farason. Er sagte: „Es war eine erstklassige Entscheidung, den 3D-Druck als Grundlage für dieses Werkzeug zu nutzen. So konnten wir bearbeitete Teile einbauen und gleichzeitig die Menge an Aluminium reduzieren. Aufgrund der hohen Bewegungsgeschwindigkeit ist es unglaublich wichtig, dass dieses Werkzeug leicht ist.“ Christian Weder meinte außerdem, dass ein entsprechendes Teil aus gefrästem Delrin wohl nicht das Sollgewicht der Roboternutzlast erreichen würde, und dass Bemühungen, weiteres Material zu entfernen und Funktionen hinzuzufügen, bei gefrästen Teilen das Risiko für Ausschuss birgt, was die Zeit bis zur Auslieferung an den Kunden drastisch verlängert.

Die Farason Corporation verwendet einen Markforged X7™ Industriedrucker, um die Teile aus Markforged Onyx® zu fertigen. Endloscarbonfaser verstärkt Teile an den erforderlichen Stellen zusätzlich, damit diese eine lange Haltbarkeit über eine Vielzahl von Umstellungszyklen erreichen. Markforged musste die komplexe Geometrie des Teils in einem entsprechend belastbaren Material liefern und die Kabelführung und Befestigung der nicht gedruckten Komponenten in den CAD-Entwurf integrieren. Dadurch entfallen die zahlreichen Frässchritte, die bei der konventionellen Werkzeugherstellung bei mehrachsigen Systemen erforderlich sind. Anschließend konnten einfache Metallteile wie Unterlegscheiben und Tellermuttern sowie die Komponenten des Vakuumgreifers direkt in die Baugruppe integriert werden, um ein verstärktes, funktionelles Werkzeug zu fertigen, ohne die Gewichtsbeschränkung zu überschreiten. 

Durch den Verzicht auf kostspielige, individuelle konventionelle Fertigungsverfahren konnte das Team von Farason seine Lösung auf die sich ändernden Anforderungen abstimmen. Nachdem sie ihr Design bestätigt und getestet hatten, konnten sie die Lösung an vier Robotern einsetzen und eine Reihe von produktspezifischen Aufnahmeplatten hinzufügen. Durch die Verwendung des 3D-Drucks für die Aufnahmeplatten war es möglich, den Kunden auch nach der Lieferung und Installation der Schnellwechsel-Montageplatte weitere Optionen bereitzustellen. 

Richard Cook weist auf weitere Vorteile des 3D-Drucks in diesem Design hin: Beschriftung auf Teilen, Klemmschellen für die schwenkbaren Verschlusszylinder, eine Einweglasche und eine Vertiefung für das Farbmuster auf dem Etikett des Produktempfängers. Diese zusätzlichen Elemente erleichtern die werkzeuglose Umstellung, ohne das Gewicht zu erhöhen. „Der 3D-Druck", so Cook, „hat uns innerhalb der Nutzlast- und Trägheitsgrenzen des Roboters gehalten und war auf Anhieb ein voller Erfolg.“ 

Der wichtigste Faktor, warum Farason jedoch auch zukünftig auf die Produkte von Markforged setzt, lässt sich laut Cook mit einem Wort zusammenfassen: Konsistenz. „Wenn der Kunde in einem Jahr anruft und ein weiteres Exemplar benötigt“, so Richard, „dann weiß ich, dass ich es herstellen kann. Das gedruckte Teil wird passen, es wird genauso robust sein, die gleiche Oberflächenbeschaffenheit haben und keine Merkmale aufweisen, die für den Kunden eine Herausforderung darstellen könnten. Es wird nach allen vernünftigen Maßstäben gleich sein.“ 


Vorteile von Markforged

• Das Team von Farason berichtet, dass die Lösung von Markforged nur 25 % der Kosten des herkömmlichen CNC-Fräsverfahrens verursacht.
• Reduzierung der Teile: Verringert die Anzahl der benötigten Komponenten, indem die Montagelösung direkt in das 3D-gedruckte Teil integriert wird.
• Durch leichtere und leistungsfähigere 3D-gedruckte EOAT werden mehr Zyklen erreicht.
• Fertigung innerhalb von Stunden statt Wochen; Herstellung weiterer Exemplare bei Bedarf.
• Reduzieren Sie die Lagerkosten durch Drucken On-Demand.