Robotergestützte additive Fertigung

Ausgangslage

Fused Filament Fabrication (FFF) ist eines der am häufigsten verwendeten additiven Fertigungsverfahren, beschränkt sich jedoch auf die Teilegrösse und die Verfügbarkeit von Polymerfilamenten. Die robotergestützte additive Fertigung oder Extrusion Deposition Additive Manufacturing (EDAM) bietet hingegen die Möglichkeit, grössere Teile kosten- und zeiteffizient herzustellen. Als Ausgangsmaterial werden Polymergranulate verwendet, die in einem Extruder montiert auf dem Flansch des Roboters direkt aufgeschmolzen werden. Die Schmelze wird dann durch eine Düse auf eine Bauplattform gefördert und das Bauteil entsteht Schicht für Schicht, direkt ohne dass ein Zwischenschritt über ein Filament notwendig ist.

Der Roboterextruder der Firma CEAD B.V. auf ABB-Roboter am Institut für Kunststofftechnik installiert. (Foto: FHNW)

Ziele

Mit der Einführung des EDAM-Verfahrens hat das Institut für Kunststofftechnik seine Expertise in der additiven Fertigung sowie die Zusammenarbeit mit dem Institut für Automation erweitert und gestärkt. Um den zukünftigen Anforderungen der Industrie im Hinblick auf die industrielle Digitalisierung (Industrie 4.0) gerecht zu werden, ergänzt das EDAM-Verfahren die Ausbildung und angewandten Forschungsprojekte an der FHNW perfekt. Um komplexe Teile für Prototypen, Kleinserienfertigung in kurzer Zeit herstellen zu können oder neu entwickelte Materialien wie kurzfaserverstärkte Polymere, biobasierte Polymere oder recycelte Compounds zu testen, kann das EDAM-Verfahren für weitere Projekte eingesetzt werden.

Ergebnisse

Im Rahmen einer Masterarbeit zur Realisierung des EDAM-Verfahrens wurde ein Extruder (genannt Robot Extruder) der Firma CEAD B.V. (Abbildung 1) ausgewählt und im ABB-Robotersystem am Institut für Kunststofftechnik implementiert. Die Vorbereitung des Druckprozesses für ein Bauteil erfolgte offline mit der ABB RobotStudio® Software mit dem 3D Printing PowerPac Add-In. Erste Testteile wurden bereits erfolgreich mit dem Roboterextruder gedruckt und die mechanischen sowie optischen Eigenschaften ermittelt.

Darüber hinaus wurde auch das Handling der verschiedenen Roboterwerkzeuge optimiert, so dass ein Werkzeughalter mit einem entsprechenden halbautomatischen Werkzeugwechselverfahren für die Roboterzelle entwickelt und umgesetzt wurde.