Das Potenzial der additiven Fertigung durch Robotik ausschöpfen
In den Mainstream-Medien und in der beliebten Wirtschaftspresse werden häufig Narrative verwendet, welche die Angst widerspiegeln, dass Roboter Arbeitnehmer in verschiedenen Berufen überflüssig machen könnten. Doch es gibt auch Arbeitstätigkeiten, die für den Menschen gefährlich sind und daher besser Robotern anvertraut werden sollten. Stellen Sie sich folgendes vor: Ein Roboter klettert in einer widrigen Umgebung auf dem offenen Meer vertikal an einer äußerst rutschigen Metalloberfläche, um eine Beschichtung gegen Korrosion aufzutragen. Das EU-finanzierte Projekt 4D Hybrid (Novel ALL-IN-ONE machines, robots and systems for affordable, worldwide and lifetime Distributed 3D hybrid manufacturing and repair operations) hat vor Kurzem eine solche Technologie präsentiert. Im Rahmen von 4D Hybrid, das jetzt in seinem zweiten Jahr ist, wurde laut einer auf der Projektwebsite veröffentlichten Pressemitteilung ein autonomer Roboter entwickelt, der vertikale Metalloberflächen in Offshore-Umgebungen detektieren und reparieren kann. „Hierzu wurde der Roboter mit einem 3D-Scanner und einer Kaltspritzpistole ausgestattet. Bei dem 3D-Scanner, der für die mobile Plattform implementiert wurde, handelt es sich um einen handelsüblichen Artec-Space-Spider-Scanner, mit dem die Oberfläche rekonstruiert und die Korrosion/Mängel an der Metalloberfläche individualisiert werden können.“ In derselben Pressemitteilung wird darauf hingewiesen, dass das Kaltspritzsystem das 4D Hybrid-Modul verwendet, das durch die University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland (SUPSI), den Koordinator für Forschung und Technik des 4D Hybrid-Projekts, konstruiert wurde. Der Roboter kann sich dank seiner Konstruktion „wie ein Kettenfahrzeug, das mit zwei robusten Gummiriemen ausgestattet ist, die dank eines leistungsstarken, … mittig angebrachten vakuumbasierten Adhäsionssystems Kontakt mit der Oberfläche halten“, vorwärts und rückwärts bewegen und sogar um seine Hauptachse rotieren. Der autonome Roboter kann in Gegenwart von Wasser und Schmutz und bei einer Außentemperatur zwischen 3 °C und 35 °C zur Reparatur von korrodierten oder nicht korrodierten Metalloberflächen verwendet werden. „4D Hybrid-Module lassen sich in jede Art von Fertigungsausrüstung integrieren, sodass größere Überholungen auf industrieller Ebene vermieden werden.“ Die Projektpartner glauben, dass die Ergebnisse von 4D Hybrid für die Luft- und Raumfahrt-, die Öl- und Gas- sowie die Stromerzeugungsindustrien von Nutzen sein könnten. Auf der Projektwebsite werden verschiedene Fallstudien hervorgehoben, die unter anderem die Reparatur von Gasturbinenschaufeln, Speichertanks und die Fertigung von Strahltriebwerksgondeln auf der grünen Wiese betreffen.
Additive und subtraktive Fertigung
Im Rahmen des laufenden Projekts 4D Hybrid, das die Entwicklung des Roboters realisierte, steht jetzt die Entwicklung eines Konzepts für die hybride additive Fertigung an. Dieses „basiert auf der modularen Integration kompakter, kostengünstiger Module einschließlich Laserquelle, Beschichtungskopf, Sensoren und Steuerung“, wie es auf der Projektwebsite heißt. Unter den Begriff der additiven Fertigung fällt eine Gruppe von Herstellungsprozessen, bei denen 3D-Teile erstellt werden, indem mehrere Materialschichten auf Punkt-, Linien- oder planare Oberflächen aufgetragen werden. Zusätzlich zur additiven Fertigung zielt das Projekt auf die Entwicklung eines neuen Konzepts für die numerisch gesteuerte Bearbeitung ab. Hierbei handelt es sich um eine subtraktive Fertigungsmethode – das Gegenteil von additiver Fertigung –, welche das Entfernen von 3D-Teilen von einem Material zur Gestaltung einer endgültigen Form beinhaltet.
Innovationen unter der Leitung von Frauen
Das am 4D Hybrid-Projekt an der SUPSI beteiligte Team wurde von der Europäischen Kommission mit dem großen Gesamtpreis des Innovationsradars 2019 sowie mit dem Preis für Innovationen unter der Leitung von Frauen ausgezeichnet. Die Frau hinter der Innovation ist Prof. Anna Valente, Leiterin des Labors für Automation, Robotik und Maschinen am Fachbereich für innovative Technologien der SUPSI. In dem Labor werden Roboter- und Maschinenprototypen für additive Fertigungstechnologien konstruiert und gebaut. Weitere Informationen: 4D Hybrid-Projektwebsite
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