25/09/2020
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van Fraunhofer-IPA hebben een proces ontwikkeld waarmee grijpers met meerdere componenten voor kleine series snel en goedkoop kunnen worden vervaardigd.
Henkel, fabrikant van industriële en consumptiegoederen, gebruikt robots om kunststof flessen uit een vulsysteem te halen en af te voeren voor verdere verwerking. De robots zijn voorzien van een tweedelige grijper, waarvan het frame voorheen van aluminium was. De grijperbekken daarentegen zijn gemaakt van een elastomeer zodat de flessen niet worden beschadigd of wegglijden. Aangezien Henkel zijn uitgebreide productgamma voortdurend verder ontwikkelt, moeten de grijpers steeds opnieuw worden vervangen.
Tot nu toe moesten de mallen die werden gebruikt om de elastomeer grijpelementen te produceren specifiek voor elke grijper worden geproduceerd. Een monteur moet dan de grijperbekken met de hand op het grijperframe schroeven. Dit is een tijdrovend en duur proces, zeker als de grijpers maar kort worden gebruikt.
Onderzoekers van het Zentrum für Additive Produktion (ZAP) van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart hebben daarom een nieuw proces ontwikkeld. Hiermee kunnen de grijpers in één productiestap sneller en beduidend goedkoper worden vervaardigd: zogenaamd additive free-form gieten, een combinatie van 3D-printen en gieten met behulp van de zwaartekracht.
Additief gieten van grijpers
Bij de productie worden twee printkoppen en een doseerunit gebruikt. Het frame van de grijper en het ondersteunende materiaal worden gemaakt met behulp van het FFF-proces (Fused Filament Fabrication). Zij vormen het stijve deel van de grijper en een gietmal. De onderzoekers gebruiken thermoplasten zoals ABS-schuim als materiaal voor het frame. De steunstructuur bestaat uit een in water oplosbare kunststof zoals polyvinylacetaat (PVA).
Tijdens het fabricageproces vormen tweecomponenten siliconen de grijpbekken. Om deze te kunnen gieten, hebben de ontwikkelaars een speciale doseerunit in de 3D-printer geïntegreerd. Er worden Henkel-siliconen gebruikt die enerzijds viskeus genoeg zijn om details en holtes op te vullen en anderzijds voldoen aan de eisen van de druip- en uithardingstijden. Zodra het fabricageproces is voltooid en de siliconen zijn uitgehard, wordt de ondersteunende structuur die de mal vormt in het waterbad verwijderd. Het resultaat is een component met zowel stijve als elastische materiaaleigenschappen, precies daar waar ze nodig zijn.
Grotendeels geautomatiseerd
Additief gieten in vrije vorm is een fabricageproces dat grotendeels geautomatiseerd is. De gebruiker hoeft alleen maar de CAD-gegevens naar de 3D-printer te sturen en deze kan de grijper zelfstandig vervaardigen. Handmatige nabewerking is niet nodig en verspilling wordt grotendeels vermeden.
De grijper uit de printer halen en in het waterbad leggen is de enige stap die momenteel nog met de hand gedaan moet worden. Het nieuwe proces is daarom bij uitstek geschikt voor de gevarieerde productie van kleine aantallen componenten uit thermoplasten en elastomeren.
Foto: Rainer Bez, Fraunhofer IPA