Cobots machen 3D-Druck schneller

Industrie 4.0

3D-Druck / RoboTer – Voodoo Manufacturing verdreifacht seine Kapazitäten beim 3D-Druck mithilfe kollaborierender Roboter von Universal Robots. Helmut Schmid, Geschäftsführer Universal Robots Deutschland

10. April 2018

Voodoo Manufacturing betreibt eine schnell wachsende 3D-Drucker-Farm in Brooklyn, New York. Zur Beschleunigung der Prozesse wollte das Start-up schnellstmöglich die manuelle Be- und Entstückung der Druckplatten seiner Drucker automatisieren. Voodoo entschied sich für einen UR10-Roboterarm von Universal Robots, da sich dieser problemlos in die peripheren Systeme der Drucker-Farm integrieren ließ.

Heute übernimmt der UR10 automatisch das Be- und Entstücken der Druckplatten, das sogenannte »Harvesting« (Ernten). Diese Aufgabe beanspruchte zuvor bis zu 10 Prozent der gesamten Arbeitszeit. Da es sich hierbei aber um eine Tätigkeit mit geringer Wertschöpfung handelte, gelangten Chief Product Officer (CPO) Jonathan Schwartz und seine Kollegen bei Voodoo Manufacturing zur Überzeugung, dass man diese schnell und präzise automatisieren könne.

So legt der UR-Roboter beispielsweise eine Druckplatte mit einer fertigen, orangefarbenen Pokémon-Figur auf ein Transportband, holt sich eine neue leere Druckplatte aus einem Behälter, platziert diese in einem 3D-Drucker und gibt anschließend einen neuen Druckauftrag in das System ein. Die Produktpalette, die in dieser Gerätekonfiguration produziert wird, reicht von Handprothesen bis zu Schutzbrillen für Hunde. Das Applikations-Setup namens »Projekt Skywalker« ist laut Voodoo Manufacturing der erste 3D-Drucker-Cluster, der je mit einem Roboterarm betrieben wurde.

Insgesamt betreibt Voodoo über 160 3D-Drucker. Da der UR10 auf einer mobilen Basis montiert ist, kann der kollaborative Roboter an 100 der Drucker eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines weiteren UR10 plant CPO Schwartz, die Druckerauslastung von 30-40 Prozent auf 90 Prozent zu erhöhen: »Project Skywalker ist für uns ein außerordentlicher Erfolg. Uns wurde später erst richtig klar, wie bahnbrechend dieses Projekt letztendlich sein würde.«

Output verdreifacht

Voodoo Manufacturing konnte seine Produktionsleistung mittels Automatisierung insgesamt verdreifachen. Dies nicht zuletzt, weil der UR10 auch über Nacht im Einsatz ist. »Wir sind in der Lage, den Roboter mithilfe unserer eigenen Software zu überwachen und auf den Status jedes einzelnen Druckers zuzugreifen, um zu sehen, ob dieser arbeitet oder außer Betrieb ist. Dadurch können wir den UR10 rund um die Uhr ohne menschliche Aufsicht laufen lassen«, erklärt Schwartz. Den ersten Morgen, an dem er in die Fabrik kam und über 30 fertige Produktionsläufe vorfand, um die sich der UR10 über Nacht gekümmert hatte, beschreibt der Chief Product Officer als »magisch«.

Laut Schwartz war der UR10 für Voodoo die beste Wahl. Denn da das Unternehmen auf eine Anwendung abzielte, bei der Mensch und Maschine in unmittelbarer Nähe zueinander arbeiten, waren kollaborative Sicherheitsvorkehrungen ein Muss: »Wir suchten nach einem Roboterarm, der den vielfältigen Aufgaben in unserer Produktion gewachsen war. Er sollte gleichzeitig leicht zu programmieren sein, und wir wollten ihn schnell installieren und in Betrieb nehmen können.«

Installation innerhalb von Stunden

UR-Roboter gelten aufgrund ihrer eingebauten Sicherheitsfunktionen, die den Roboterarm automatisch anhalten, wenn er auf seinem Weg auf Objekte oder Menschen trifft, als »kollaborierend«. So können sie nach einer erfolgreich abgeschlossenen Risikobeurteilung Seite an Seite neben dem Menschen tätig sein – ohne die für Industrieroboter übliche Schutzumhausung.

Jonathan Schwartz schätzt, dass die Implementierungskosten des UR-Roboters fünfmal niedriger waren, als es bei einem traditionellen Industrieroboter der Fall gewesen wäre. Zum einen war er in kürzester Zeit integriert und zum anderen mussten dabei keine Schutzumhausungen, Lichtschranken oder andere Sicherheitsvorkehrungen eingebaut werden, wie es für gewöhnlich beim Einsatz von Robotern in einer Fertigungsumgebung erforderlich ist. »Den UR10 holten wir einfach aus der Kiste und konnten ihn innerhalb weniger Stunden zum Laufen bringen«, erklärt Schwartz. Dafür brauchte Voodoo lediglich einen nahtlos in den Roboterarm integrierbaren Greifer: »Die Peripheriegeräte, die für den UR10 zur Verfügung stehen, waren ein wichtiges Kriterium bei unserer Entscheidung.«

Der Greifer ist ein Teil der Universal Robots+-Plattform, die Plug-n-play-Produkte – wie Endeffektoren, Zubehör und Softwarelösungen – umfasst. Cynthia Kradjel, Account Managerin beim UR-Vertriebspartner Axis New Jersey, empfahl Voodoo den UR10 mit einem Robotiq-Greifer. Kradjel: »Ein UR+-zertifiziertes Produkt ist immer erprobt und hat sich bereits in der Praxis bewährt. Bei Robotiq lässt sich sogar die Greifer-Software direkt in die robotereigene Touchscreen-Steuerung integrieren. So spart man sich etliche Stunden für Versuche, den Roboter im Code zu programmieren.«

Charlie Fenwick, Produktionsingenieur bei Voodoo Manufacturing, betont, dass die schnelle UR+-Integration letztendlich der entscheidende Faktor bei der Wahl des Robotersystems gewesen sei: »Wir haben uns verschiedene Roboterarme angeschaut, aber keinen davon konnte man so einfach wie den UR10 mit seinen Peripheriegeräten verbinden, um die ganze Anwendung zum Laufen zu bringen. Greifer und Arm beizubringen, wie sie zusammenarbeiten sollten, war so einfach wie eine Power-Point-Präsentation zu erstellen.« Die Plug-and-play-Integration führte zudem dazu, dass sein Team das Projekt schneller als geplant fertigstellte.

Mithilfe kollaborierender Roboter möchte Voodoo Manufacturing den 3D-Druck in der Massenproduktion von Kunststoffteilen zu einer ernst zu nehmenden Alternative zum Spritzguss als einem vergleichsweise kostenintensiveren Fertigungsverfahren entwickeln. Das aktuelle Drei-Jahres-Ziel von Voodoo Manufacturing sieht vor, die Kosten um 90 Prozent zu senken. Die gesteigerte Produktionsleistung und die gleichzeitige Senkung der Arbeitskosten durch den UR10 lassen bereits darauf schließen, dass der Roboter sich nach sechs Monaten amortisiert haben wird. Die Automatisierung des »Harvesting« sei nur der erste Schritt gewesen, so Jonathan Schwartz: »Es gibt noch viele weitere Möglichkeiten zur Automatisierung, sei es beim Entladen der Druckplatten, der Reinigung von Werkstücken, der Qualitätsprüfung oder irgendwann sogar bei Verpackung und Versand. Denn: Die Automatisierung mit Cobots vernichtet keine Arbeitsplätze. Vielmehr befreien die Roboter unsere Angestellten von mühsamen Aufgaben, die sie im Moment erledigen müssen. Dadurch können wir sie für anspruchsvollere Arbeiten einsetzen, die mehr kritisches Denken erfordern.« hjs

Erschienen in Ausgabe: 03/2018