Industrieroboter als Fertigungsmaschine für den 3D-Druck

  • Um in der modernen Fertigung Prototypen schnell, kostengünstig und ohne Umwege in Musterteile umzusetzen, wird sehr oft auf die Fertigungsmethode „Rapid Prototyping“ zurückgegriffen. Eine Form dieses Verfahrens ist die Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF), bei der das Werkstück schichtweise durch den Auftrag eines thermoplastischen Kunststoffes aufgebaut wird. Eine einfache Möglichkeit, Bauteile nach dem FFF-Verfahren herzustellen, bietet der Dreiachs-3D-Druck, für welchen sich bei anspruchsvolleren Bauteilen jedoch wesentliche Einschränkungen, wie etwa aufwendige Stützstrukturen oder optische Fehler, ergeben. Ziel dieser Masterarbeit ist es zu überprüfen, ob sich die Einschränkungen eines Dreiachssystems durch den Einsatz eines Industrieroboters mit sechs zur Verfügung stehenden Achsen verbessern oder ganz beseitigen lassen. Dieser soll die Methode des „bewegten Werkstückes“ nutzen, wodurch sich das Bauteil an der kinematischen Kette des Roboters befindet und dieser zu einer stillstehenden Druckeinrichtung verfährt. Um das Ziel zu erreichen, wird ein Industrierobotersystem innerhalb einer rechnerunterstützten Fertigung (Computer-Aided Manufacturing, CAM) aufgebaut, mit welchem für definierte Bauteile Fertigungsoperationen, Simulationen sowie Validierungen durchgeführt werden. Am Ende wird durch einen Postprozessor ein ausführbarer Maschinencode erstellt, mit welchem Druckversuche am realen Robotersystem durchgeführt werden. Das Resultat der Arbeit zeigt, dass sich durch dieses Mehrachssystem viele Vorteile in Bezug auf den konventionellen 3D-Druck sowie neue Anwendungsfelder ergeben, wodurch eine Weiterentwicklung für die Zukunft in jedem Fall Sinn macht.
  • In order to convert prototypes into sample parts in a short period of time , cost-effectively and without detours in modern manufacturing, the "rapid prototyping" production method is very common. One form of this process is fused filament fabrication (FFF), in which the workpiece is built up layer by layer by applying a thermoplastic material. A simple way to produce components using the FFF process is three-axis 3D printing. However, there are significant limitations for more sophisticated components, such as complex support structures or optical defects. The aim of this master’s thesis is to examine whether the limitations of a three-axis system can be improved or completely eliminated by using an industrial robot with six available axes. The system is based on the "moving workpiece" method, whereby the component is located on the robot's kinematic chain while the robot moves to a standing printing device. To improve the limitations of a three-axis system, an industrial robot system is set up within a computer-aided manufacturing (CAM) system, with which manufacturing operations, simulations as well as validations are carried out for defined components. Finally, an executable machine code is created by a post-processor, which is used to perform printing tests on the real robot system. The result of the master thesis illustrates that this multi-axis system offers many advantages in relation to conventional 3D printing as well as new fields of application, so further development is beneficial.

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Metadaten
Author(s):Andreas Schmidt
DOI:https://doi.org/10.58023/149
Referee:Christian Gasser
Advisor:Christian Gasser
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of Publication:2023
Publishing Institution:FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Granting Institution:FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Release Date:2024/05/10
GND Keyword:Rapid Prototyping <Fertigung>
Page Number:ii, 89
Institutes:Automatisierungstechnik-Wirtschaft
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 005 Computerprogrammierung, Programme, Daten
BKL-Classification:54 Informatik / 54.52 Software engineering
Open Access:ja
Licence (German):License LogoBundesgesetz über das Urheberrecht an Werken der Literatur und der Kunst und über verwandte Schutzrechte (Urheberrechtsgesetz)