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Additive Fertigung trifft Robotik

Cobots machen 3D-Druck konkurrenzfähig

| Redakteur: Silvano Böni

Das Start-up aus Brooklyn druckte seine eigenen Aufsätze für den Greifer, die es ihm ermöglichen, die Druckplatten auf- zunehmen.
Das Start-up aus Brooklyn druckte seine eigenen Aufsätze für den Greifer, die es ihm ermöglichen, die Druckplatten auf- zunehmen. (Bild: Voodoo / Universal Robots)

Voodoo Manufacturing betreibt inmitten von Brooklyn eine 1700 m2 große 3D-Drucker-Farm mit über 160 Geräten. Um noch effizienter zu werden, übernimmt ein mobiler, kollaborativer Roboter von Universal Robots das Be- und Entladen der Druckplatten.

Voodoo Manufacturing betreibt eine schnell wachsende 3D-Drucker-Farm im New Yorker Stadtteil Brooklyn. Das Unternehmen ist vor allem auf Wachstum angewiesen, denn es muss große Produktionsläufe bewältigen und eine wettbewerbsfähige Konkurrenz zu etablierten Unternehmen aus dem Spritzguss aufbauen. Um dementsprechend wachsen zu können, wollte das Start-up schnellstmöglich das manuelle Be- und Entladen der Druckplatten seiner Drucker automatisieren. Dazu entschied Voodoo sich für einen UR10-Roboterarm von Universal Robots, da sich dieser in kürzester Zeit problemlos in die peripheren Systeme der Drucker-Farm integrieren ließ.

„Harvesting” – Die niedrig hängenden Früchte ernten

Heute übernimmt der UR10 automatisch das Be- und Entladen der Druckplatten, das sogenannte „Harvesting” (Ernten). Diese Aufgabe beanspruchte zuvor 10 % der gesamten Arbeitszeit auf der Drucker-Farm. Da es sich hierbei aber um eine Tätigkeit mit geringer Wertschöpfung handelte, sahen die Verantwortlichen in diesem Prozess eine perfekte und fast schon quantifizierbare Aufgabe. Dadurch gelangten Chief Product Officer Jonathan Schwartz und seine Kollegen bei Voodoo Manufacturing zur Überzeugung, dass man diese schnell und präzise automatisieren könne.

So legt der UR-Roboter heute beispielsweise eine Druckplatte mit einer fertigen, orangen Pokémon-Figur auf ein Transportband, holt sich daraufhin eine neue leere Druckplatte aus einem Behälter, platziert diese in dem einen 3D-Drucker und gibt anschließend einen neuen Druckauftrag in das System ein. Die Produktpalette, die in dieser Geräte­konfiguration produziert wird, reicht von Handprothesen bis Schutzbrillen für Hunde. Das Applikations-Setup namens „Projekt Skywalker” ist laut Voodoo Manufacturing der erste 3D-Drucker-­Cluster, der je mit einem Roboterarm betrieben wurde.

Insgesamt betreibt Voodoo Manufacturing über 160 3D-Drucker. Da der UR10 auf einer mobilen Basis montiert ist, die innerhalb der circa 1700 m2 großen Fabrikhalle umherbewegt werden kann, ist es dem Unternehmen möglich, den kollaborativen Roboter an 100 von diesen Druckern einzusetzen. Durch den Einsatz eines weiteren UR10 plant Chief Product Officer Schwartz, die Druckerauslastung des Start-ups von 30 bis 40 auf 90 % zu erhöhen. „Ab jetzt können wir, wenn wir wachsen und immer mehr Drucker haben, einfach mehr Roboter kaufen”, betont er. „Project Skywalker ist für uns ein außerordentlicher Erfolg. Eigentlich hätten uns die Ergebnisse nicht überraschen sollen. Trotzdem wurde uns allen später erst richtig klar, wie bahnbrechend dieses Projekt letztendlich sein würde.”

Lights-out-Produktion verdreifacht den Output

Voodoo Manufacturing konnte seine Produktionsleistung mittels Automatisierung insgesamt verdreifachen. Dies nicht zuletzt, weil der UR10 auch über Nacht im Einsatz ist. „Wir sind in der Lage, den Roboter mit Hilfe unserer eigenen Software zu überwachen und auf den Status jedes einzelnen Druckers zuzugreifen, um zu sehen, ob dieser arbeitet oder außer Betrieb ist. Dadurch können wir den UR10 rund um die Uhr ohne menschliche Aufsicht laufen lassen”, erklärt Schwartz. Den ersten Morgen, an dem er in die Fabrik kam und über 30 fertige Produktionsläufe vorfand, um die sich der UR10 über Nacht gekümmert hatte, beschreibt der Chief Product Officer als „magisch”.

Vielseitig, kollaborierend und sicher

Laut Schwartz war der UR10 von Universal Robots für Voodoo die beste Wahl. Denn da das Unternehmen auf eine Anwendung abzielte, bei der Mensch und Maschine in unmittelbarer Nähe zueinander arbeiten, waren kollaborative Sicherheitsvorkehrungen ein Muss: „Wir suchten nach einem Roboterarm, der den vielfältigen Aufgaben in unserer Produktion gewachsen war. Er sollte gleichzeitig leicht zu programmieren sein und wir wollten ihn schnell installieren und in Betrieb nehmen können.”

UR-Roboter gelten aufgrund ihrer eingebauten Sicherheitsfunktionen, die den Roboterarm automatisch anhalten, wenn er auf seinem Weg auf Objekte oder Menschen trifft, als „kollaborierend”. So können sie nach einer erfolgreich abgeschlossenen Risikobeurteilung Seite an Seite neben dem Menschen tätig sein – ohne die für Industrieroboter übliche Schutzumhausung. Schwartz: „Statt einer Fabrik voller abgesperrter Bereiche und potentieller Gefahrenquellen haben wir durch den Einsatz des Cobots eine ansprechende Arbeitsumgebung geschaffen, in der Menschen und Roboter gemeinsam arbeiten können.”

Voodoo Manufacturing schätzt, dass die Implementierungskosten des UR-Roboters fünfmal niedriger waren, als es bei einem traditionellen Industrieroboter der Fall gewesen wäre. Zum einen war dieser in kürzester Zeit integriert und zusätzlich mussten dabei keine Schutzumhausungen, Lichtschranken oder andere Sicherheitsvorkehrungen eingebaut werden, wie es für gewöhnlich beim Einsatz von Robotern in einer Fertigungsumgebung erforderlich ist.

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Universal-Robots+-Plattform ermöglicht schnelle Integration

Einen ersten „Proof of Concept” für Projekt Skywalker zu bekommen, war für die Verantwortlichen außerdem ein Rennen gegen die Zeit, da Voodoo Manufacturing sich gleichzeitig um Investoren bemühte. „Wir hatten nicht mehrere Jahre Zeit, etwas durch die Forschungs- und Entwicklungsabteilung laufen zu lassen, wir brauchten hier und heute Ergebnisse: Den UR10 holten wir einfach aus der Kiste und konnten ihn innerhalb weniger Stunden zum Laufen bringen”, erklärt Schwartz. Dafür brauchte Voodoo lediglich einen nahtlos mit dem Roboterarm integrierbaren Greifer: „Die sehr guten Peripheriegeräte, die für den UR10 zur Verfügung stehen, waren ein wichtiges Kriterium bei unserer Entscheidung für Universal Robots.”

Der Greifer ist ein Produkt aus dem Showroom der schnell wachsenden „Universal Robots+”-Plattform, die Plug-&-Play-Produkte – wie Endeffektoren, Zubehör und Softwarelösungen – für UR-Roboter umfasst. Cynthia Kradjel, Account-Managerin beim UR-Vertriebspartner Axis New Jersey, der dem Unternehmen Power-Flo Technologies angehört, empfahl Voodoo den UR10 mit einem Robotik-Greifer. Denn sie wusste anhand der UR+-Zertifizierung des Endeffektors, dass sich dieser reibungslos mit dem Roboter würde integrieren lassen. Kradjel: „Ein UR+-zertifiziertes Produkt ist immer erprobt und hat sich bereits in der Praxis bewährt. Bei Robotik lässt sich sogar die Greifer-Software direkt in die robotereigene Touchscreen-Steuerung integrieren. So spart man sich etliche Stunden für Versuche, den Roboter im Code zu programmieren.”

Charlie Fenwick, Produktionsingenieur bei Voodoo Manufacturing, betont, dass insbesondere die schnelle UR+-Integration letztendlich der entscheidende Faktor bei der Wahl des richtigen Robotersystems gewesen sei: „Wir haben uns verschiedene Roboterarme angeschaut, aber keinen davon konnte man so einfach wie den UR10 mit seinen Peripheriegeräten verbinden, um die ganze Anwendung zum Laufen zu bringen. Greifer und Arm beizubringen, wie sie zusammenarbeiten sollten, war so einfach, wie eine Power-Point-Präsentation zu erstellen.” Die einfache Plug-&-Play-Integration führte zudem dazu, dass sein Team das Projekt schneller als geplant fertigstellte.

Eine nachhaltige Alternative zum Spritzguss schaffen

Mit Hilfe kollaborierender Roboter möchte Voodoo Manufacturing den 3D-Druck, eine Technologie, die bislang größtenteils zur Herstellung von Proto­typen und hochwertigen Bauteilen verwendet wurde, in der Massenproduktion von Kunststoffteilen nachhaltig zu einer ernstzunehmenden Alternative zum Spritzguss als einem vergleichsweise kostenintensiveren Fertigungsverfahren entwickeln.

Das aktuelle Drei-Jahres-Ziel von Voodoo Manufacturing besteht daher darin, seine Kosten um 90 % zu senken. Die gesteigerte Produktionsleistung und die gleichzeitige Senkung der Arbeitskosten durch den ersten UR10 des Unternehmens lassen bereits darauf schließen, dass der Roboter sich nach sechs Monaten amortisiert haben wird. „Wenn wir unsere Produktion in den nächsten paar Jahren verzehnfachen wollen, müssen wir das tun, ohne unsere Kosten zu verzehnfachen. Die Roboter werden dabei äußerst hilfreich sein”, sagt Jona­than Schwartz. So sei die Automatisierung des „Harvesting” nur der erste Schritt gewesen: „In unserer Fabrik gibt es darüber hinaus noch viele weitere Möglichkeiten zur Automatisierung, sei es bei dem Entladen der Druckplatten, der Reinigung von Werkstücken, der Qualitätsprüfung oder irgendwann sogar bei Verpackung und Versand. Denn: Die Automatisierung mit Cobots vernichtet keine Arbeits­plätze. Vielmehr befreien die UR-Roboter unsere Angestellten von mühsamen Aufgaben, die sie im Moment in unserer Fabrik erledigen müssen. Dadurch können wir sie für anspruchsvollere Arbeiten einsetzen, die mehr kritisches Denken erfordern.”

Im Moment kann Voodoo mit in kleinen Auflagen gefertigten Spritzgussteilen konkurrieren, aber wenn das Unternehmen bei größeren Stückzahlen von beispielsweise 100 000 konkurrenzfähig sein will, muss es seine Automatisierungsstrategie weiterverfolgen. Langfristig stellt Schwartz sich vor, dass Voodoo seinen Betrieb auf 10 000 3D-Drucker erweitern wird. Diese sollen dann auch in der Lage sein, neue Materialien zu verarbeiten und Produkte herzustellen, denen man nicht ansieht, dass sie aus einem 3D-Drucker stammen.

Für das Unternehmen aus Brooklyn ist die Automatisierung somit mehr als nur ein Mittel, um Kosten zu senken. „Sie ist für uns die einzige Möglichkeit, um zu überleben und ein großes Unternehmen zu werden, das hunderte oder gar tausende Menschen beschäftigt”, meint Schwartz. „In der Automatisierung liegt unsere beste Chance, um es mit einer so großen und etablierten Branche wie der Spritzgussindustrie aufzunehmen.”

Dieser Beitrag erschien zuvor auf unserem Parnerportal SMM.

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