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Bild: EOS; Festo
Bionisches Handling

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Greifer für Roboter aus 3D-Druck

Text: Christian Waizenegger, EOS
Die Bionik nimmt sich bei der Konstruktion von Komponenten den Bauplan der Natur zum Vorbild. Ihre Komplexität und Effizienz lässt sich jedoch nicht immer mit herkömmlichen Methoden auf Produkte übertragen. Bei einer Handling-Applikation hilft additive Fertigung, die Design-Möglichkeiten der Natur voll auszuschöpfen.

In der heutigen Fertigung entscheidet über das Produktdesign oft das Herstellungsverfahren, weil die Möglichkeiten beschränkt sind. Die Natur hat bei der „Konstruktion“ von Lebewesen wesentlich mehr Gestaltungsfreiheit. Ihr nacheifern kann man also nur mit einem technischen Ansatz, bei dem das Design die Produktionsweise bestimmt und nicht umgekehrt. Diesen fand der Bionik-Spezialist Festo für die Kleinserienfertigung bionischer Greifer in dem additiven Verfahren Laser-Sintern von EOS.

Bionik aus dem 3D-Drucker

So wird der adaptiver Greifer DHDG, für dessen Struktur eine Fischflosse Pate stand, auf einer Formiga P 100 von EOS gefertigt. Beim DHDG laufen zwei flexible Bänder in einem Dreieck in der Spitze zusammen; die Zwischenstege werden in regelmäßigen Abständen über Gelenke mit den Bändern verbunden. Diese flexible, aber robuste Verbindung ermöglicht es den Greiffingern, sich an die Form des zu greifenden Werkstücks anzupassen. Diese Funktionalität besitzt der Greifer bereits, wenn er frisch aus dem 3D-Drucker kommt. Er kann ohne aufwendige Montage auch empfindliche oder unterschiedlich geformte Objekte sicher festhalten und transportieren. Die additive Fertigung aus Kunststoff erzeugt elastische, aber dennoch stabile Strukturen, die den DHDG in Summe um rund 80 Prozent leichter machen als herkömmliche Greifer aus Metall. Seine Greifelemente halten Untersuchungen zufolge über 5 Millionen Biegewechsel stand.

Laser-Sinter für mehr Freiraum

Auch seinen bionischen Handling-Assistent fertigt Festo mithilfe der Formiga P 100 in nur vier Bauschritten. Das Design dieses beweglichen Assistenzsystems ist an einen Elefantenrüssel angelehnt: Es besteht aus drei Grundelementen für die räumliche Bewegung sowie einer Handachse und einem Greifer mit adaptiven Fingern. „Der Hightech-Arm wäre aufgrund seiner Funktionalität sowie des Aufbaus aus komplexen Kunststoffteilen ohne Laser-Sintern nicht realisierbar gewesen“, sagt Klaus Müller-Lohmeier, Leiter Advanced Prototyping Technology bei Festo. „Dank der gestalterischen Freiheit des Laser-Sinter-Verfahrens können wir bewegliche, flexible, aber auch gezielt steife Formen herstellen – gerade so, wie sie in der Natur vorkommen. Unsere Konstrukteure können unabhängig von den Beschränkungen herkömmlicher Fertigungstechnologien agieren und sich vollends auf die Umsetzung des analysierten natürlichen Prinzips konzentrieren.“

Gegenwärtig nutzt Festo das Laser-Sinter-Verfahren von EOS für Projekte, in denen aufs Jahr gerechnet eine geringe Stückzahl komplexer Teile gefertigt wird. „In diesen Fällen ist es für uns eine echte Alternative zu bestehenden, oft werkzeuggebundenen, Verfahren“, so Müller-Lohmeier.

Eingefangen: Laser-Sintern

Laser-Sintern ist ein additiver Fertigungsprozess, bei dem Produkte mithilfe von Konstruktionsdaten direkt aus Pulver hergestellt werden können. Dabei schmilzt ein Laserstrahl die Pulverschicht auf einer Bauplattform genau an den Stellen, die die 3D-CAD-Daten vorgeben. Nach dem Absenken der Fertigungsplattform wird erneut eine Pulverschicht aufgetragen und aufgeschmolzen, um sich mit der darunter liegenden Schicht an den vorgesehenen Punkten zu verbinden. Nicht nur diverse Kunststoffe wie Polyamide oder thermoplastische Elastomere kommen beim Laser-Sintern zum Einsatz; auch Metalle lassen sich in diesem 3D-Druckverfahren verarbeiten: von Aluminium über Nickel-Kobalt-Chrom-Legierungen bis hin zu Edelstahl und Titan. Das Einsatzgebiet der additiven Fertigung hat sich mittlerweile von Rapid Prototyping auch auf die Herstellung von Kleinserien und Fertigungsanwendungen erweitert.

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