Leichte Bauteile für den Roboter

Der Markt und die Nachfrage in der Druckindustrie verändern sich rasant. Unternehmen wie die Heidelberger Druckmaschinen AG müssen sich daher schnell anpassen und innovativ bleiben. Der 3D-Druck spielt eine entscheidende Rolle – sowohl bei der Entwicklung leichtgewichtiger Teile für Pick-and-Place-Roboter als auch in der Herstellung von neuen Bauteilen für Falzmaschinen und Ersatzteilen für Maschinenkomponenten.

Heidelberger Druckmaschinen ist ein Hersteller von Offsetdruckmaschinen. Das Unternehmen produziert Werkzeuge und Automatisierungslösungen für die gesamte Wertschöpfungskette des Drucks, angefangen von einigen der größten und schnellsten Druckpressen bis hin zu Schneid- und Falzmaschinen.

Robotikbauteile: Präzision gefragt

Der Weg zur finalen Robotikanwendung bedarf Spezialwissen und Präzision. Viele der Bauteile sind hochgradig komplex und müssen teilweise mehrere Funktionen gleichzeitig ausüben können.

Die Größe und das Gewicht von Bauteilen sind daher entscheidend: Denn zum einen gibt es nur wenig Spielraum für große Verbauungen und Teile, wenn die Packungsdichte in der Anlage sehr hoch ist. Zum anderen weisen schwere Teile eine höhere mechanische Belastung auf. Das wiederum kann sich langfristig auf die Dauerfestigkeit auswirken.

Die Bauteile müssen daher ausgehend von den wirkenden Kräften und Lasten speziell für die jeweilige Anwendung entwickelt werden. Doch viele dieser komplizierten Bauteile lassen sich mit traditionellen Verfahren wie der Zerspanung nicht kosteneffizient und teilweise überhaupt nicht umsetzen. Einige Teile würden aus verschiedenen Baugruppen und Einzelkomponenten bestehen, die mühsam montiert, ausgerichtet und nachgearbeitet werden müssten. Außerdem wären sie deutlich schwerer und würden die Packungsdichte des Systems noch weiter erhöhen.

Der Pick-and-Place-Roboter wird Realität

Hier hilft der 3D-Druck: Er hat schon verschiedene Robotikanwendungen bei Heidelberg möglich gemacht. So auch den P-Stacker, einen innovativen Pick-and-Place-Roboter. Dieser nimmt Stapel gefalzter Papierbögen von der Falzmaschine auf und legt sie auf einer Palette ab. Der Roboter kann die Paletten dabei bis zu einem Meter hoch stapeln. Je nach Laufleistung kann er bis zu 18.000 Bögen die Stunde absetzen.

Der P-Stacker gehört zu der Maschine mit den meisten 3D-gedruckten Bauteilen. Beim Herstellungsprozess dieser Teile kommt der SLS-3D-Druck (selektives Lasersintern) zum Einsatz. So kann das Team die Bauteile für den P-Stacker direkt vor Ort in wenigen Stunden drucken.

Im ersten Schritt werden die einzelnen Bauteile schnell und einfach in einem CAD-Programm designt und nach Bedarf flexibel angepasst. Die Datei wird anschließend in die Software zur Druckvorbereitung importiert, damit der 3D-Drucker die Informationen verarbeiten kann. Nach einer Umwandlung in die Druckdatei werden die digitalen Daten direkt an den 3D-Drucker weitergeleitet.

Beim SLS-3D-Druck schmilzt ein Laser ein pulverisiertes Kunststoffmaterial, beispielsweise Nylonpulver, exakt an den vordefinierten Punkten in der Druckkammer. So können komplexe Formen ohne zusätzliche Stützstrukturen gedruckt werden. Das Ergebnis: leichtgewichtige Bauteile, die in kurzer Zeit für die Installation des Roboters zur Verfügung stehen.

Der 3D-Druck-Erfolg

Ein Teil der Entwicklung findet in Praxistests statt, sodass die Produkte direkt geprüft und durch Echtzeitrückmeldungen vom Endkunden verbessert und weiterentwickelt werden können. Neben den verkürzten Durchlaufzeiten spart das Unternehmen bei der Fertigung von Teilen auch enorme Kosten ein. Im Vergleich zur konventionellen Produktion liegt oft eine Kostenreduktion im Faktor zehn bis 20 vor.
Ausfallzeiten von Maschinen zu minimieren, ist für einen Druckereibetrieb essenziell, denn jede Verzögerung kostet Zeit, Geld und Druckware. Das heißt, Ersatzteile für Maschinenkomponenten müssen auf Abruf schnell und einfach produziert werden, damit sie den Druckereibetrieben direkt zur Verfügung stehen.
Früher fertigte das Unternehmen die Ersatzteile aus Stahl an. Heute druckt das Team mithilfe von 3D-Druckern die benötigten Ersatzteile über Nacht, sodass sie am nächsten Morgen für die Installation bereitstehen. Die 3D-gedruckten Teile halten dabei der dauernden Beanspruchung von zwei Schichten an fünf Tage die Woche bei extrem hoher Last stand. Heidelberger Druckmaschinen hat derzeit 3D-gedruckte Teile installiert, die schon seit mehr als 2,5 Jahren in den Maschinen verbaut sind.
In Heidelberg ist der 3D-Druck fest in der Fertigung angekommen. Das Team verlässt sich auf die kostengünstige Fertigung vor Ort, um einzelne Bauteile in Serie zu fertigen. Die additive Fertigung erleichtert die Entwicklung von innovativen Maschinen für die Druckindustrie – dadurch kann sich das Unternehmen schnell an Markt und Nachfrage anpassen.