增材制造的握把系统采用 EOS 技术,轻便耐用 

Wittmann Group & KuhnStoff | 成功案例

带功能底板的支气管夹持器采用 EOS 技术,轻巧耐用

手是人类进化的奠基石之一:拇指与其他手指相对,人类的手是抓握、探索和工作的理想工具。因此,它是文化活动和技术进步的关键。工业经常利用这一巧妙的原理:使用机器的工序之一就是自动抓取几乎所有需要的部件,并将其运送到下一个操作步骤。

这种抓取机是工程技术的杰作。库恩-斯托夫有限责任公司(Kuhn-Stoff GmbH & Co KG)通过应用 EOS增材制造 技术,致力于专业工程设计。该工艺是用激光束熔化的塑料粉末一层一层地形成机械零件。通过这种方法,库恩-斯托福公司为德国纽伦堡的 Wittmann Robot Systeme GmbH 公司开发并生产了一种重量极轻、强度极高且经久耐用的支气管抓手。其中四个机械手安装在带有集成气动管道的支撑框架上。

库恩索夫为 Wittmann 在 PA 2200 中开发的机械手

"多年来,我们一直在自动化的各个领域使用增材制造 制造零件。支气管夹持器满足了我们的所有要求,甚至超过了我们的要求。该部件的日常性能非常可靠"。

Michael Tolz | 纽伦堡 Wittmann Robot Systeme GmbH 技术负责人兼德国分公司经理

挑战

建立一个轻型抓握系统,其集成功能能够在至少 500 万次操作周期内移动所需的负载

客户是一家机器人和自动化系统制造商。库恩-斯托福应邀重新设计一种机械抓手,通过气动机构从生产设备上提升、运输并放下机器零件。设计要求如下:机械手应比其前身更轻,同时仍能移动所需的载荷。设计的复杂性应得到简化,零件必须能够满足效率标准。

重量的重要性可归结为物理学原理:像这样的抓取系统必须快速工作,以便在给定的单位时间内移动尽可能多的机器零件。

质量是惰性的,这意味着必须施加力才能使其运动--负载越重,运动速度越快,加速和减速所需的力就越大。

除了从能源效率的角度来看,这一事实还对系统的耐用性产生了特别不利的影响:作用力越大,机器的磨损就越大。

以前的机械手由铝、橡胶管和多个连接元件制成,生产成本高昂。库恩-斯托夫公司的层压制造专家为自己设定的目标是大幅简化设计。机器部件的新结构应有助于减轻部分重量。另一部分则应通过优化其余部件的结构来实现,这也是增材制造 的核心优势之一。随着工作的开始,我们很快就发现,新的机械手可以作为单件进行生产,而无需进行生产后的精加工或进一步组装。

用于球轴承的传统 Wittmann 机械手

解决方案

利用 FORMIGA P 100 在功能性底板上简化设计并小批量生产稳定抓手

库恩-斯托夫公司的团队首先研究了机械手的功能和工作要求:当压缩空气流入柔性薄膜时,机械手的爪子会张开;同样,当压缩空气关闭时,系统也会关闭。除了塑料的柔韧性外,该部件还应能旋转 90°,以执行必要的运动顺序。考虑到这些要求,可以将必要的部件数量减少到两个。

设计过程完成后,库恩-斯托福开始使用 FORMIGA P 100 生产新的夹持系统。在短短几个小时内,就用聚酰胺生产出了夹持系统的两个部件。由于采用了 EOS 技术,气动管道和连接器完全集成在底板上。
"与往常一样,使用 EOS 系统的生产过程非常顺利,没有出现任何问题。最终结果再次给所有相关人员留下了深刻印象。我们只用了一个工序就制造出了一个功能集成化的部件,超出了客户的所有要求。Kuhn-Stoff GmbH 的首席执行官 Hannes Kuhn 说:"简而言之:增材制造 现在已成为日常现实,但结果仍然是非凡的。

"我们使用 EOS 技术已经有八年多的时间,取得了非常积极的成果。如果应用得当,其设计灵活性可为我们的客户带来显著的优势,在市场上几乎具有无可比拟的优势"。

Hannes Kuhn | CEO | Kuhn-Stoff GmbH & Co KG

成果

尽管重量很轻,但即使在苛刻的持续使用条件下,机械手仍能承受必要的负载:在完成 500 万次循环后,团队停止了应力测试,达到了指定的使用寿命。在此期间,没有出现任何缺陷或故障。究其原因,在于其结构强度,尽管底板上集成了空气管道,但仍能达到这一强度。此外,灵活的设计确保了在发生小碰撞时,不会对夹持系统或注塑模具造成任何损坏。在某些情况下,由于重量更轻,因此可以使用更小的机械手,从而大大降低了成本。此外,由于机械手的高度较低,减少了注塑机夹板的必要开口宽度,Wittmann 还能增加工作循环次数。最终降低了运营成本。

与传统制造的前代产品相比,制造成本降低了 50%。这得益于重量的减轻以及部件数量从 21 个减少到 2 个。同样重要的是生产时间缩短:以前 Kuhn-Stoff 需要 12 天才能制造出握把系统,而现在只需要 3 天。

"我们对新的抓握系统非常满意。事实证明,它在重型持续使用中与以前的装置一样有效,但价格更低,重量更轻,生产速度更快。我从未见过像增材制造 在生产支气管夹持器方面所取得的如此显著的进步。这种生产方法对我们的自动化解决方案产生了非常积极的影响,"Wittmann Robot Systeme GmbH 技术主管兼分公司经理 Michael Tolz 总结道。革命有时比发展更具优势。

成果一览

  • -1350 克:重量减轻 86
  • -成本降低 50生产成本降低 50
  • -19 个组件:单个组件从 21 个减少到 2 个

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