Kundenindividuelle Produkte durch automatisierte Prozesse

In Company News by trinckle team

Für viele Industriegüterunternehmen ist die Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer Komponenten ein ebenso unverzichtbarer wie komplexer und kostenintensiver Prozess. Die Softwarelösung von trinckle ermöglicht es, diese Individualisierung zu automatisieren und Prozesse neu zu denken.

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Eine kundenspezifische Anpassung bestehender Produktkomponenten ist für viele Unternehmen ein integraler Bestandteil der Wertschöpfung. Sie ermöglicht eine flexible Anpassung an immer neue Einsatzbereiche und Kundenanforderungen. Ein gutes Beispiel ist die Automatisierungs- und Robotikindustrie. Hier treffen standardisierte Komponenten wie Roboterarme auf Werkzeuge wie Greifhände, die idealerweise für jedes zu bewegende Werkstück individuell zugeschnitten sind.

Noch vor der eigentlichen Fertigung der kundenspezifischen Teile ist deren Entwicklung nicht selten ein zeitaufwendiger und komplexer Prozess, erfordert er doch in der Regel viele Stunden an Ingenieursarbeit in mehreren Iterationen. Egal, ob der Anbieter oder der Kunde selbst diese spezifische Arbeit verrichtet, ist dieser Prozess letztlich sehr kostenintensiv.

Wie kann in Zeiten der Industrie 4.0 die weitgehende Automatisierung dieses Prozesses aussehen? Mit der Additiven Fertigung stehen uns heute Verfahren zur Verfügung, die zumindest eine kosteneffiziente Produktion von kleinsten Stückzahlen erlauben. Das Berliner Technologieunternehmen trinckle 3D GmbH hat zusätzlich eine Antwort auf die Frage nach einem effizienten Entwicklungs- und Designprozess. Das Unternehmen hat ein web-basiertes Softwaresystem entwickelt, das die automatisierte Generierung von individualisierten Produktmodellen ermöglicht. Anwender können so in kürzester Zeit Produkte für spezifische Anwendungsfälle entwickeln, ohne selbst CAD-Expertise besitzen zu müssen. Gemeinsam mit den Additive-Manufacturing-Experten der Kuhn-Stoff GmbH & Co KG demonstriert man die Anwendung des Softwaresystems anhand eines modernen, individualisierten Robotergreifers (1).

Greifersystem aus 3D-Drucker

Seit 2005 arbeitet Hannes Kuhn, Geschäftsführer von Kuhn-Stoff, mit Additiven Fertigungsmethoden. Seit einigen Jahren konstruiert der Dienstleister spezielle Greifer für Industrieroboter. Dabei wird Luftdruck genutzt, um eine flexible Membran zu füllen, durch die sich die Greiferzangen öffnen und schließen lassen.

Durch den Einsatz von Additive Manufacturing ergeben sich bereits ohne anwendungsspezifische Individualisierung zahlreiche Produktvorteile. Durch die Verbindung von modernem Leichtbau-Produktdesign und additiver Fertigung gelingt eine Gewichtsreduktion des Greifers um 86 Prozent gegenüber dem Vorgängermodell auf 215 g. Die Anzahl der Bauteile kann von ursprünglich 21 auf 2 reduziert werden. Die Produktionszeit für den Greifer verringert sich damit von drei Wochen auf etwa vier Arbeitstage, die Herstellungskosten werden um die Hälfte reduziert. Trotz des geringen Gewichts kann der Greifer problemlos die geforderten Lasten tragen, auch im Dauereinsatz von über 5 Millionen Zyklen.

Dennoch bleibt ein zentrales Problem bestehen: Die konstruktive Anpassung an die verschiedenen Werkstücke braucht viel Zeit. Um diese Hürde zu überwinden, kooperierte der Dienstleister deshalb mit trinckle. Mithilfe des Softwaresystems 3D Product Customizer lassen sich die bislang manuellen Design-Arbeitsschritte automatisieren und der Individualisierungsprozess damit erheblich beschleunigen.

Automatisierte Individualisierung

Die webbasierte Softwarelösung hilft die Individualisierung von Produktmodellen zu automatisieren – nicht nur im erwähnten Beispielsfall eines Robotik-Greifers. Die Software bedient sich dabei Methoden des Parametric Design. Hier wird ein 3D-Modell zunächst mathematisch beschrieben. Regeln und Limitierungen garantieren die Funktionalität des Modells und die Prozessssicherheit. Die integrale Grundstruktur des Modells bleibt dabei bestehen. Am Ende werden lediglich einzelne Parameter verändert, um das Produkt an verschiedene Einsatzgebiete anzupassen. Das können relativ einfache Parameter wie die Wandstärke oder die Größenskalierung des Modells sein. Aber auch komplexere Manipulationen sind möglich, wie die der Oberflächenstruktur oder die Anzahl der Zähne an einem Zahnrad.

Für die automatische Generierung des Kuhn-Stoff-Greifers muss der Algorithmus verschiedene komplexe Aufgaben ausführen: automatische Positionierung der Greifpunkte, optimale Balance zwischen Steifigkeit und geringem Gewicht der Konstruktion, und vor allem automatische Generierung der integrierten Luftkanäle in die Streben des Greifers. Genau dieses Zusammenspiel komplexer Faktoren macht das traditionelle, manuelle Design dieses Greifersystems so zeitaufwändig und damit auch kostenintensiv.

Auf Basis des optimierten und erprobten Grunddesigns konnte trinckles Softwareteam einen webbasierten Konfigurator für die automatische Generierung eines individuellen Greifers entwickeln. Kunden geben nun in einer intuitiven Benutzeroberfläche nur noch eine Reihe von Parametern ein, um das Greifermodell an ihre Anforderungen anzupassen. Dazu gehören die Anzahl und die Positionierung der Greifpunkte am Werkstück, oder die vorgesehene Traglast. So kann in wenigen Minuten ein maßgeschneidertes Kundenmodell erstellt werden – und das ganz intuitiv ohne spezielle Design-Expertise oder Know-how im Bereich der Additiven Fertigung.

Hannes Kuhn sieht gerade in diesem letzten Punkt einen entscheidenden Mehrwert für Automatisierungs- und Roboteranwendungen: „Von dem webbasierten Konfigurator erwarten wir, dass auch Kunden ohne tiefgreifende CAD-Kenntnisse Zugang zu additiv gefertigten Entnahmewerkzeugen haben. Dies ist beispielsweise dann relevant, wenn im Betriebsmittelbau zeitnah Produkte umgestellt werden sollen.“ Der Geschäftsführer erwartet, dass sich der durchschnittliche Aufwand für ein neues Greiferdesign von etwa acht Stunden auf wenige Minuten verkürzt. Dadurch verringert sich natürlich auch die gesamte Produktionszeit noch einmal deutlich.

Signalwirkung für die Industrie

Diese Kooperation demonstriert beispielhaft die Potenziale für Unternehmen, die Additive Fertigungsmethoden mit modernen Softwarelösungen verbinden. Kundenspezifische Produktindividualisierung lässt sich in jeder Branche umsetzen und bedarf dabei weniger aufwändiger, manueller CAD-Designarbeit als vielmehr intelligenter Software. Mittels intuitiver Webanwendungen kann bei Bedarf sogar der Endkunde selbst in den Prozess integriert werden.

Ein weiteres Beispiel für die Vielseitigkeit der trinckle Software ist die Kooperation mit Luxexcel (2). Das niederländische Unternehmen ist im Bereich additiv gefertigter Optiken tätig. Kundenindividuelle optische Linsen werden in kürzester Zeit für Prototyping-Zwecke und Kleinserien hergestellt. Um den Gesamtprozess so schlank wie möglich zu machen, entwickelte trinckle einen webbasierten Konfigurator, mit dessen Hilfe Luxexcel-Kunden passgenaue Linsendesigns individuell für ihren Anwendungsfall generieren können.

Fazit

Bestehende interne Prozesse können also radikal verschlankt und effizienter gestaltet werden. Produkte, die bislang lediglich standardisiert angeboten werden konnten und im globalen Wettbewerb zunehmend als austauschbar wahrgenommen werden, erhalten wertvolle Differenzierungsmöglichkeiten. Für viele Unternehmen ergeben sich daraus sogar ganz neue, skalierbare Geschäftsmodelle und Märkte, vor allem auch im E-Commerce-Bereich.

Sources

(1) www.kuhn-stoff.de

(2) www.luxexcel.com

Weitere Informationen zu Design-Automatismen für additiv gefertigte Produkte unter
www.trinckle.com

 

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