Fabrikanten moeten over het algemeen producten van hoge kwaliteit tegen lage prijzen aanbieden om concurrerend te blijven. Drie Fraunhofer-instituten werken daarom aan de volgende generatie industriële robots die kosteneffectieve productieprocessen zal vergemakkelijken. De onderzoekers richten zich op het ontwikkelen van een nieuwe kinematica voor het frezen van lichtgewicht materialen, metalen, en staal. Het doel:een productietolerantie van slechts 0,1 millimeter bereiken over de hele robotwerkruimte, te beginnen met het allereerste onderdeel.

Steeds meer consumenten eisen maatwerk, op maat gemaakte producten. De productiefaciliteiten van morgen zullen efficiënt en veelzijdig moeten zijn als ze willen voldoen aan de steeds strengere eisen en de specifieke behoeften van elke klant - en dat allemaal terwijl ze de druk van stijgende kosten het hoofd bieden. Uiterst nauwkeurige werktuigmachines die een bepaalde geometrische vorm aan werkstukken geven, blijven de voorkeursoplossing. Conventionele industriële robots zijn eenvoudigweg niet in staat, vanwege hun onvoldoende nauwkeurigheid, om dergelijke werktuigmachines te vervangen. Het gebruik van robots voor freesbewerkingen blijft bijzonder uitdagend. Voornamelijk door de tandwielkasten, lage stijfheid van de robot buigt het gereedschap af, waardoor het minder aantrekkelijk is voor gebruik. Inderdaad, productiepersoneel moet elke keer dat ze lichtgewicht materialen machinaal bewerken extreem krappe productietoleranties in acht nemen, zoals aluminium of koolstofvezelversterkte kunststof (CFRP), evenals metalen, en staal.

Productie op maat, zelfs voor een batchgrootte van één

Onderzoekers die werken aan het gezamenlijke onderzoeksproject "Flexmatik 4.1" van Fraunhofer (zie kader) ontwikkelen een industriële robot die is ontworpen voor het uiterst nauwkeurig frezen van lichtgewicht materialen. De projectpartners zijn de Fraunhofer Institutes for Production Systems and Design Technology IPK, voor productietechnologie en geavanceerde materialen IFAM, en voor structurele duurzaamheid en systeembetrouwbaarheid LBF. De onderzoekers moeten de kinematica herzien om de robot succesvol te laten zijn. Sascha Reinkober, afdelingshoofd bij Fraunhofer IPK, legt uit:"We ontwikkelen een meerassige kinematische ketting die speciaal is ontworpen voor continue padprocessen." De robot gaat van punt A naar punt B van het onderdeel dat wordt bewerkt door een lineaire eenheid te doorlopen, een soort spoor. "De systeemsimulaties die we tijdens de ontwerpfase hebben uitgevoerd, geven aan dat we een precisiedoelstelling van plus/min 0,1 millimeter kunnen bereiken. Dit zal mogelijk zijn vanaf het allereerste onderdeel, ondanks de proceskrachten die erop inwerken. Fabrikanten kunnen daarom de productie aanpassen, zelfs voor een batchgrootte van slechts één eenheid, " zegt Jan Hansmann, projectleider bij Fraunhofer LBF. "Onder de blootstelling van proceskrachten, de robot zal veel minder van zijn geprogrammeerde doelpad afdwalen. Hierdoor kan de robot met veel grotere precisie een gat boren op de beoogde plek van het onderdeel, bijvoorbeeld."

Om een ​​hoge precisie te garanderen, het team van onderzoekers ontwikkelt een nieuw aandrijfconcept voor individuele assen. Er worden gedeeltelijk directe aandrijvingen gebruikt, die tijdens het bedrijf aanzienlijk stijver zijn dan de huidige hightech-reductoren. En een nieuwe klimaatbeheersingsstrategie minimaliseert onnauwkeurigheid als gevolg van temperatuurschommelingen. De robot is ook uitgerust met een cnc-besturing voor werktuigmachines. Tenslotte, de nieuwe Flexmatik is voorzien van een actief trillingscontrolesysteem.

De nieuw ontworpen robot biedt belangrijke voordelen ten opzichte van gereedschapsmachines:de aanschafkosten dalen met maar liefst een factor 10 en het energieverbruik met maar liefst een factor 15. Dankzij de lineaire eenheid, de Flexmatik biedt een werkruimte die vergelijkbaar is met die van grote portaalfreesmachines – en een betere toegankelijkheid. In vergelijking met een portaalfreesmachine, de Flexmatik heeft geen speciale zware fundering nodig. Dit houdt de bouwkosten lager en geeft gebruikers flexibiliteit bij het opzetten ervan. Fraunhofer-onderzoekers willen eind 2018 een functioneel prototype voltooien.

Hun innovatieve freesrobot kan een breed scala aan toepassingen aan, waaronder de bewerking van grote CFRP-constructies zoals rompen, het frezen van componenten voor gasturbines, en het opnieuw contouren van persgereedschappen. "De Flexmatik is een geschikte keuze voor veel toepassingen in vrijwel alle sectoren die werktuigmachines gebruiken. Maar het gaat niet om het vervangen van werktuigmachines. De Flexmatik kan juist een nuttige aanvulling zijn die de werklast deelt. Het uiteindelijke doel is om productieprocessen duurder te maken. effectief, " benadrukt Sven Philipp von Stürmer, projectleider bij Fraunhofer IFAM.