Sauggreifer aus 3D-gedrucktem Aluminium: Die Macht des (Re-)Design

Das obige Bild zeigt einen Sauggreifer mit in der Frontplatte sichtbaren internen Luftkanälen. Als dieses Projekt beim Engineering-Team von Materialise einging, hatte der Kunde das Teil bereits teilweise für den 3D-Druck optimiert. Während das ursprüngliche Teil mithilfe von subtraktiven Fertigungsverfahren hergestellt wurde – ein langer, arbeitsintensiver Vorgang – war diese Konstruktion auf den 3D-Druck in Aluminium ausgelegt. Eine Stahlplatte, ein Rohr und ein Verbindungsarm sollten anschließend manuell montiert werden.

Das Problem? Die Konstruktion war aufgrund des hohen Materialverbrauchs und der Notwendigkeit einer manuellen Montage teuer. Das Hauptziel unseres Engineering-Teams bestand in der Kostensenkung. Ein sekundäres Ziel war die Verbesserung der Lebensdauer des Greifers, da aus Kundenerfahrung eine fehlerhafte Positionierung über die Zeit zu ständig wachsenden Beschädigungen führt.

Bei Materialise sind wir davon überzeugt, dass Designoptimierung ein konstanter und entscheidender Prozess ist. Dies ist besonders wichtig, wenn ein Teil von traditionellen Fertigungstechniken zum 3D-Druck übergeht, wo die gleichen Einschränkungen einfach nicht gelten. Im Falle dieses Sauggreifers hat unser Design & Engineering-Team das Design durch mehrere Entwicklungsstufen geführt, bis wir ein 3D-gedrucktes Teil hatten, das weniger als ein Drittel des Originals kostet, nur knapp ein Viertel des ursprünglichen Gewichts besitzt und keinerlei Montage erfordert. Und das alles unter Verwendung desselben Materials: Aluminium.

Im Allgemeinen stellt die Designkomplexität bei Additiver Fertigung keinen Kostentreiber dar. Das Volumen dagegen schon, aufgrund des damit verbundenen Materialverbrauchs. Daher sehen sich die Ingenieure von Materialise zunächst an, welche Möglichkeiten es gibt, die soliden Bereiche des Greifers durch eine schlankere Version zu ersetzen, die erheblich weniger Material benötigt. Um den manuellen Montageaufwand zu reduzieren, integrierte das Team ein Verbindungsrohr in die Greiferkonstruktion. Die integrierten Rohre senken nicht nur die Kosten, sondern eliminieren zugleich das Risiko von Leckagen.

Doch das Bauteil konnte immer noch leichter und billiger gemacht werden. Neben dem Volumen ist auch die Stützstruktur beim Metall-3D-Druck ein wesentlicher Kostenfaktor. Jegliche nicht abgestützten Überhänge könnten sich während des Drucks oder nach dem Drucken verformen. Dies liegt an den hohen Temperaturen, denen das Teil im 3D-Drucker ausgesetzt ist – aber Stützen verbrauchen wertvolles Material und erhöhen die Kosten.

Daher gelangten die Materialise-Ingenieure im Laufe der nächsten beiden Design-Iterationen zu einem trichterförmigen Design sowie zu einer Ausrichtung auf der Bauplattform, welche die benötigten Stützstrukturen drastisch reduzierte. Das Ergebnis ist ein Aluminium-Sauggreifer, der nur 60 g wiegt, im Gegensatz zum 237 g schweren Ursprungsmodell.

Und diese 60 g umfassen einen neuen Verbindungsarm, der in die aus nur einem Bauteil bestehende Konstruktion integriert ist und die manuelle Montage überflüssig macht. Zudem stellt er die korrekte Positionierung des Teils sicher, indem er menschliche Fehler ausschließt und so zur Erhöhung der Lebensdauer des Greifers beiträgt.

„Durch die Volumenreduzierung und die integrierte Funktionalität konnten wir die Kosten um 70% senken, ohne dass eine Montage erforderlich war“, erklärt Mathieu Cornelis, Account Manager bei Materialise. „Dank eines durchdachten Designs und umsichtiger Entwicklung konnten wir dem Kunden einen Sauggreifer anbieten, der leistungsfähiger ist und schneller hergestellt werden kann, und das zu einem weitaus niedrigeren Preis."