Schnelles Prototyping für Robotik und Automatisierung: Fokus auf Leichtbau und Funktionsvalidierung

Der 3D-Druck und die damit verbundene schnelle Prototypenfertigung mit Robotern sind ein wesentlicher Faktor für die Veränderungen im Roboterdesign. Überflüssiges Zusatzgewicht führt zu Energie- und Drehmomentverschwendung.

Wenn die Konstruktion nicht ordnungsgemäß geprüft wird, können zudem bei der Massenproduktion Kosten in Millionenhöhe für die Nachbearbeitung der Formen entstehen. Die Ingenieure müssen daher Kompromisse eingehen, beispielsweise zwischen geringem Gewicht und stabiler Konstruktion oder zwischen schneller Lieferung und gründlicher Prüfung.

Dieser Beitrag untersucht die wichtigsten technischen Ansätze der 3D-Druck-Rapid-Prototyping-Robotik. Gleichzeitig kann eine wissenschaftliche Prototyping-Methode als Grundlage für die Diskussion dienen, wie sich das Gewicht um mehr als 30 % reduzieren lässt, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen und die Datenqualität zu beeinträchtigen.

Kurzer Überblick über die wichtigsten Antworten

Wichtigste Erkenntnisse

• Beginnend mit Leichtbau zur Kostenreduzierung: Beispielsweise kann eine 30-prozentige Gewichtsreduzierung eines Roboterarms in eine Verkleinerung der Antriebsmotoren für den direkten Einsatz umgesetzt werden, was wiederum zu einer Senkung der Systemkosten um 15-25 % führen kann.
• Für die Funktionsprüfung werden „echte Materialien“ benötigt: SLS-Nylon (PA12) kann eine Zugfestigkeit von bis zu 48 MPa aufweisen, die nahe an der von spritzgegossenen Teilen liegt, und ist daher das beste Material für Funktionstests.
• Optimale Lösung einer gemischten Strategie: 3D-Druck komplexer Kavitäten + CNC-Bearbeitung wichtiger Schnittstellen ist der beste Weg, um gleichzeitig hohe Geschwindigkeit, Präzision und Kosteneffektivität zu erreichen.
• Prototyping auslagern: Sparen Sie Millionen an Investitionen in industrielle Ausrüstung und nutzen Sie ein Pay-as-you-go-Modell, um die Entwicklungskosten für kleine und mittlere Unternehmen um 35-50 % zu senken.

Warum Sie diesem Leitfaden vertrauen sollten? Praktische Erfahrungen im schnellen Prototyping mit JS Precision

JS Precision investiert seit über einem Jahrzehnt massiv in 3D-Druck-Rapid-Prototyping-Robotik. Wir haben mehr als 200 Robotikunternehmen eine Komplettlösung für Rapid Prototyping bereitgestellt – vom Konzeptentwurf bis zur Funktionsprüfung.

Unsere Prototyping-Leistungen umfassen unter anderem industrielle kollaborative Roboter, medizinische Operationsroboter und AGV-Logistikroboter. Wir haben bereits über 10.000 Prototypen entwickelt und gefertigt und verfügen daher über umfangreiche praktische Erfahrung.

Unser Team besteht aus erfahrenen DFM-Analyseingenieuren, Ingenieuren für Strukturoptimierung und Präzisionsfertigungsingenieuren, die alle seit mehr als 5 Jahren in der Entwicklung von Roboterprototypen tätig sind. Sie können Konstruktionsprozessfehler und Leistungsrisiken mit hoher Präzision identifizieren.

JS Precision verfügt über eine hauseigene SLS/MJF-3D-Druckanlage auf industriellem Niveau, ein Fünf-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum und modernste Prüfgeräte (wie z. B. eine CMM-Koordinatenmessmaschine, eine Zugprüfmaschine usw.).

Unter strikter Einhaltung der ISO 13485-Normen bieten wir eine schnelle und umfassende Prototypenfertigung – von Bauteilen im Mikrometerbereich bis hin zu großen Strukturkomponenten . Alle Prototypen werden vor der Auslieferung gründlichen Leistungstests und Maßprüfungen unterzogen, um Genauigkeit und Datenverwendbarkeit zu gewährleisten.

Für ein Medizintechnik-Startup, das sich auf ein Kniegelenkmodul für die medizinische Robotik konzentriert, haben wir uns mit den Hauptproblemen der Gewichtsreduzierung und der Präzisionsprüfung befasst.

Durch den Einsatz von Topologieoptimierung und Rapid Prototyping mit SLS-Nylon gelang es uns , innerhalb von nur zwei Wochen sieben Designiterationen durchzuführen, wobei wir in jedem Fall eine Gewichtsreduzierung von 32 % und die gleiche Steifigkeit für den chirurgischen Einsatz erreichten. Dadurch konnte der Kunde seine klinischen Studien erfolgreich abschließen.

Darüber hinaus boten wir zwei Logistikroboterunternehmen Outsourcing-Dienstleistungen für die Prototypenfertigung an, wodurch sich der ursprüngliche Prototypenentwicklungszyklus von 6 Monaten nicht nur halbierte (auf 3 Monate), sondern auch die Gesamtkosten um 35 % gesenkt werden konnten.

Entscheiden Sie sich für JS Precision und erhalten Sie eine maßgeschneiderte 3D-Druck-Rapid-Prototyping-Robotiklösung, die es Ihnen ermöglicht, Ihre Roboterentwicklung durch professionelle Fähigkeiten zu beschleunigen und sie in die Wettbewerbsfähigkeit Ihrer Produkte zu verwandeln.

Wie lässt sich durch Prototypenfertigungsdienstleistungen ein nahtloser Übergang von der Konzeption zur funktionalen Validierung erreichen?

Die Prototypenfertigung spielt eine entscheidende Rolle bei der Verknüpfung von Roboterkonzeptentwicklung und Funktionstests. Die Auslagerung an professionelle Dienstleister kann die Arbeit nicht nur beschleunigen, sondern auch das Risiko minimieren.

JS Precision vereint 3D-Druck, Rapid Prototyping, Robotik sowie Ingenieurskompetenz, um umfassende Lösungen für die Prototypenfertigung anzubieten.

Vollständiger Service-Workflow

• DFM-Analyse und Prozessempfehlung: Die Ingenieure beurteilen nicht nur die Konstruktion der Teile, sondern auch die Präzisions- und Budgetfaktoren, um die besten Kombinationen aus 3D-Druck, Rapid Prototyping und Roboterverfahren vorzuschlagen.
• Schnelles Prototyping: 3D-Druck ist innerhalb von 24-48 Stunden fertig, CNC-Bearbeitung innerhalb von 3-5 Tagen, um den Anforderungen schneller Iterationen gerecht zu werden.
• Unterstützung bei Funktionstests: Hilfe bei der Erstellung von Testplänen, der Datenanalyse und der Schaffung einer Grundlage für Designänderungen.
• Kleinserienfertigung: Nach der Prototypenvalidierung wird es während der Kleinserienfertigung (50-500 Stück) keine Unterbrechung des Produktionsablaufs geben, wodurch ein einfacher Übergang vom Prototyp zur Serienfertigung ermöglicht wird.

Vorteile der Risikominderung

Erfahrene Dienstleister sind in der Lage, Konstruktionsrisiken wie unzureichende Wandstärke und Montageprobleme im Vorfeld zu erkennen und so nicht nur spätere Ressourcenverschwendung (Kosten und Zeit) zu vermeiden, sondern auch F&E-Verluste zu reduzieren.

Fallstudie: Ein AGV-Unternehmen lagert die Prototypenfertigung aus

Ein Start-up-Unternehmen im Bereich Logistikroboter benötigte dringend die Fertigstellung seines Prototyps und dessen Präsentation innerhalb von drei Monaten. Der Aufbau einer eigenen Prototypenfertigungslinie hätte 300.000 US-Dollar gekostet und einen Produktionszyklus von sechs Monaten erfordert – ein deutlicher Unterschied zu den Anforderungen einer Ausstellung.

Daher lagerte das Unternehmen die gesamte Prototypenfertigung an JS Precision aus, einschließlich der Herstellung der Gehäusestruktur (CNC), der Sensorhalterung (SLS) und des Steuerkastens (SLA).

JS Precision übernahm die Prozessentwicklung, die Fertigung und die Tests. Dadurch konnte der Projektentwicklungszyklus halbiert, die Gesamtkosten um 35 % gesenkt, der Prototyp termingerecht präsentiert und die Seed-Finanzierungsrunde abgeschlossen werden.

Die Auslagerung der Prototypenfertigung kann KMU helfen, Investitionskosten für Ausrüstung zu sparen und sich auf ihr Kerngeschäft zu konzentrieren. Laden Sie jetzt das Whitepaper von JS Precision zum Thema Prototypenfertigung herunter, um mehr über den gesamten Prozess und Strategien zur Kostenoptimierung in der Roboterprototypenfertigung zu erfahren.

Wie lässt sich mithilfe von 3D-Druck und Rapid Prototyping ein leichtes Design für Roboter realisieren?

Leichtbau ist ein wesentlicher Aspekt der Roboterentwicklung. Der 3D-Druck bietet schnelle Prototyping-Lösungen für die Robotik, und seine geometrische Freiheit sowie die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Materialien ermöglichen eine deutliche Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Steifigkeit. JS Precision nutzt wissenschaftliche Leichtbauverfahren mit drei Hauptansätzen.

Topologieoptimierung

Mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA) wird durch Topologieoptimierung das Material in Bereichen mit geringer Beanspruchung von Bauteilen eliminiert, sodass nur noch das tragende Hauptgerüst übrig bleibt.

Es wird geschätzt, dass kollaborative Roboterarme auf diese Weise um bis zu 35 % leichter gemacht werden können, bei nur minimaler Verringerung der Steifigkeit, die dennoch die betrieblichen Anforderungen vollständig erfüllt.

Gitterstruktur und bionisches Design

3D-Drucktechnologien ermöglichen es, das Innere von Bauteilen zu nutzen und diese mit Gitterstrukturen wie Wabenstrukturen zu füllen, die massive Strukturen effizient ersetzen und so eine erhebliche Gewichtsersparnis ermöglichen.

Beispielsweise konnte bei einem Drohnenroboterarm mit einer Gitterstruktur aus Titanlegierung eine Gewichtsreduzierung von 42 % erzielt werden, und die mechanischen Eigenschaften entsprechen den ASTM F2924-Standards , was eine deutliche Verbesserung der Belastbarkeit bedeutet.

Auswahl leichter Hochleistungsmaterialien

Um den Gewichtseinsparungseffekt weiter zu verbessern, können leistungsstarke und gleichzeitig leichte Materialien ausgewählt werden:

• Kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe eignen sich sehr gut für Langarmstrukturen.
• PEKK/PEEK sind die beste Wahl für Hochtemperaturverbindungen.
• PA12 GF/CF bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen geringem Gewicht und Steifigkeit und ist daher die bevorzugte Wahl für kleine bis mittlere Serien von Prototypen.

Abbildung 1: Ein 3D-Drucker erstellt aktiv ein blau gefärbtes, hausähnliches Modell einer Roboterkomponente und verdeutlicht damit die Präzision des additiven Fertigungsverfahrens.

Wie erfüllen Rapid-Prototyping-Bauteile die Leistungsanforderungen von Robotern bei der Funktionsvalidierung?

Die Leistungsfähigkeit von Rapid-Prototyping-Bauteilen bestimmt maßgeblich die Zuverlässigkeit der Validierungsdaten. JS Precision stellt durch Prozessabgleich und Nachbearbeitungsoptimierung sicher, dass diese Bauteile die funktionalen Validierungsanforderungen von Robotern erfüllen und somit eine verlässliche Grundlage für die Designoptimierung bieten.

Wichtige mechanische Leistungsindikatoren und Prozessabstimmung

Je nach Art des Bauteils und seinen mechanischen Eigenschaften schlagen die Ingenieure das beste Herstellungsverfahren vor und tragen durch eine Änderung der Druckrichtung zur Reduzierung der Anisotropie bei , um eine stabile Leistung des Prototyps zu gewährleisten.

Nachbearbeitungstechnologie verbessert die Prototypenleistung

Mehrere Nachbearbeitungstechniken können die Leistung des Prototyps verbessern:

• Durch chemische Glättung kann die Oberflächenrauheit verringert werden.
• Durch Metallbeschichtung kann die Verschleißfestigkeit erheblich erhöht werden.
• Durch Wärmebehandlung kann die Wärmeformbeständigkeit von PEEK-Teilen erhöht werden.

Fallstudie: Validierung eines Robotergreifer-Prototyps

Ein flexibler Greifer an einer 3C-Elektronikmontagelinie musste in 8 Stunden Dauerbetrieb 5000 Öffnungs- und Schließvorgänge durchführen.

Die ursprüngliche Spritzgusslösung beinhaltete einen 6-wöchigen Werkzeugentwicklungszyklus, der 80.000 US-Dollar kostete. Da das Design jedoch nicht validiert worden war, bestand ein Risiko des Scheiterns.

Der Kunde Decision JS Precision entschied sich für SLS-Nylon (PA12) zur Herstellung von Rapid-Prototyping-Teilen und führte 5000 beschleunigte Tests durch, um die Betriebsbedingungen zu simulieren. Im 3800. Zyklus traten Risse aufgrund von Spannungskonzentrationen an der Wurzel auf. Unser Konstruktionsteam vergrößerte daraufhin den Verrundungsradius.

Das finale, optimierte Spritzgussteil hat die Validierung auf Anhieb erfolgreich bestanden, wodurch dem Kunden mehr als 50.000 US-Dollar an Kosten für die Werkzeugmodifikation erspart blieben.

Durch die schnelle Prototypenfertigung lassen sich F&E-Risiken im Vorfeld minimieren. Laden Sie Ihre Roboterbauteilzeichnungen hoch, und JS Precision erstellt für Sie qualifizierte Prototypen und führt präzise Validierungen durch.

Abbildung 2: Ein Designer arbeitet an einem Computerarbeitsplatz mit zwei Monitoren. Auf den Bildschirmen werden detaillierte 3D-Modelle eines Roboterarms und seines Greifers angezeigt, die mit Objekten interagieren.

Kann Rapid 3D Prototyping Entwicklungszyklen beschleunigen und gleichzeitig die Präzision erhalten?

Der entscheidende Vorteil der schnellen 3D-Prototyperstellung liegt in den kurzen Wiederholungszyklen. JS Precision setzt durch die sorgfältige Auswahl der Produktionsmethoden und die präzise Steuerung jedes einzelnen Schrittes Iterationen alle 24 Stunden um, ohne Kompromisse bei der Präzision der verschiedenen Roboterteile einzugehen. Dadurch wird die Entwicklungszeit erheblich verkürzt.

Die Wahl zwischen Genauigkeit und Effizienz

Unterschiedliche Fertigungstechniken können auf bestimmten Ebenen die Anforderungen sowohl an Genauigkeit als auch an Effizienz erfüllen:

• PolyJet und Micro SLA werden vor allem zur Herstellung sehr präziser Bauteile eingesetzt.
• Das Multi-Düsen-FDM-Verfahren eignet sich hervorragend zur Herstellung großformatiger Strukturbauteile.
• Industriell gefertigtes MJF bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Detailgenauigkeit und ist daher die erste Wahl für Strukturbauteile.

Vorteile der Aufrechterhaltung des Kontakts mit der Realität

Eine herkömmliche maschinelle Umstellung dauert normalerweise 2–3 Wochen, doch mit schnellem 3D-Prototyping lässt sich der „Design-Druck-Test“-Zyklus in etwa 24 Stunden abschließen . So führte beispielsweise ein Team für Robotergelenke innerhalb einer Woche fünf Verbesserungen durch und fand die optimale Lösung hinsichtlich Steifigkeit und Gewicht.

Fallstudie: Schnelle Iteration von Robotergelenken

Das Kniegelenkmodul eines Exoskelett-Roboters musste deutlich leichter gemacht werden, ohne an Stabilität einzubüßen. Herkömmliche CNC-Bearbeitung ist zeitaufwendig; eine Überarbeitung kann bis zu 10 Tage dauern, was den Projektzeitplan erheblich verzögert.

Der Kunde entschied sich für den Rapid-3D-Prototyping- Service von JS Precision und nutzte SLS-Nylon für die Prototypenerstellung. Da die Ingenieure täglich eine neue Version entwickelten und eng mit dem Kunden bei den Funktionstests zusammenarbeiteten, konnte das Team den gesamten Zyklus von V1.0 bis V5.0 innerhalb von nur 5 Arbeitstagen abschließen .

Darüber hinaus war das Endprodukt bis zu 28 % leichter als das erste, gleichzeitig wurde die Gelenksteifigkeit um 15 % erhöht und der gesamte Entwicklungszyklus um 60 % verkürzt.

Abbildung 3: Ein zweiteiliges Diagramm, das die biologische Anatomie eines menschlichen Kniegelenks (links) mit der mechanischen Konstruktion eines Roboter-Kniemoduls (rechts) vergleicht, das für die Prototypenerstellung und Funktionsprüfung verwendet wird.

Wie gewährleistet die Herstellung hochpräziser Prototypen die zuverlässige Validierung von Robotergelenken und Sensoren?

Die Genauigkeit des Zusammenspiels von Robotergelenken und Sensoren bestimmt deren Leistungsfähigkeit. Hochpräzise Prototypen können die Präzision von Serienteilen exakt wiederherstellen. Dank präziser Handhabung und ausgefeilter Verfahren bietet JS Precision äußerst zuverlässige Validierungsdienstleistungen.

Wozu dient Präzisionssteuerung?

Die Präzisionssteuerung muss sich vor allem auf die folgenden drei Hauptpunkte konzentrieren:

• Der Abstand zwischen Lagergehäuse und Welle muss zwischen 0,01 und 0,03 mm liegen.
• Die Ebenheit der IMU-Montagefläche muss <0,02 mm betragen.
• Die Koaxialität der Eingangs- und Ausgangswelle des Gelenkgetriebes sollte unter 0,03 mm liegen.

Technologien zur Umsetzung der Idee

Je nach verwendeter Technologie lassen sich hochpräzise Prototypen wie folgt realisieren:

• 3D-Druck im Mikrometerbereich für das Gehäuse des Mikrosensors.
• Fünfachsige CNC-Präzisionsbearbeitung für die exakte Bearbeitung komplexer, gekrümmter Oberflächen.
• Die Verwendung von Hybridverfahren für die Verbindung von Bauteilen ist die bevorzugte Lösung.

Fallstudie: Prototypenverifizierung eines Robotergelenkreduzierers

Ein kollaborativer Roboter musste die Passgenauigkeit zwischen dem Harmonic-Reducer und dem Motorflansch überprüfen. Die Eingangswelle musste koaxial <0,02 mm und der Abtriebsrundlauf <0,03 mm sein – sehr präzise Anforderungen .

Für das Gehäuse aus der Aluminiumlegierung 6061 entschied sich JS Precision für die CNC-Bearbeitung. Die Maßgenauigkeit des Bauteils wurde mittels einer Koordinatenmessmaschine (KMM) in voller Größe ermittelt. Diese Kombination von Messungen bestätigt, dass die Schlüsselform die Toleranzklasse IT7 (±0,015 mm) erfüllt.

Beim ersten Versuch konnte der finale Prototyp erfolgreich montiert werden und hat den 200-stündigen Drehmomenttest problemlos bestanden. Die Testdaten können direkt für die Herstellung der Form verwendet werden.

Hochpräzise Prototypenentwicklung bildet die Grundlage für die Serienproduktion. Laden Sie sich kostenlos die JS Precision-Vorlage für Präzisionsprüfberichte herunter und kontrollieren Sie präzise die Prüfstandards für Roboter-Präzisionskomponenten.

Wann sollte man bei Roboterkomponenten die CNC-Bearbeitung (Rapid Prototyping) dem 3D-Druck vorziehen?

Obwohl CNC-Rapid-Prototyping und 3D-Druck zwei der wichtigsten Methoden für die Roboter-Prototypenentwicklung sind, unterscheiden sie sich in ihrer Qualität erheblich. JS Precision stellt die Vor- und Nachteile beider Verfahren sachlich dar, damit der Kunde eine fundierte Entscheidung treffen kann.

Darüber hinaus eröffnet es auch die Möglichkeit ihrer gemeinsamen Anwendung, da die Stärken der einen Methode die Schwächen der anderen ausgleichen.

Situationen mit absolutem Vorteil von CNC

Die CNC-Fertigung setzt in drei besonderen Situationen Maßstäbe: bei der Herstellung von Metallteilen, bei Teilen, die extrem präzise sein müssen, und bei Teilen, die Lasten verschiedener Art tragen, bei denen Festigkeit und Dauerfestigkeit deutlich besser sein müssen.

Kosten- und Losgrößenentscheidungen

Losgröße und Preis werden die Hauptfaktoren bei der Entscheidung für das anzuwendende Verfahren sein:

• Für kleine Serien (< 10 Stück) ist der 3D-Druck im Allgemeinen die beste Wahl.
• Die effizienteste Option für mittlere Chargen (10-100 Stück) ist eine Kombination aus beidem.
• Für große Losgrößen (> 100 Stück) ist CNC die kostengünstigste Lösung.

Auswahlrichtlinien

Abbildung 4: Mehrere hochpräzise, ​​metallische Komponenten eines Roboter-Greifer-Prototyps werden zur Überprüfung auf einer Metalloberfläche angezeigt.

Warum ist die Hybridstrategie aus Rapid Prototyping, CNC-Fertigung und 3D-Druck ideal für die Validierung von Leichtbaukonstruktionen in der Robotik?

Der geringe Gewichtsvorteil des 3D-Drucks beim Rapid Prototyping, kombiniert mit den Präzisions- und Festigkeitsvorteilen der CNC-Bearbeitung, ist die optimale Lösung für die Leichtbauprüfung von Robotern. Dadurch kann eine Gewichtsreduzierung von 30-50 % erreicht werden, während gleichzeitig die Schnittstellengenauigkeit und Verschleißfestigkeit gewährleistet werden.

Komplementäre technologische Integration

• Mithilfe der 3D-Drucktechnologie lassen sich Strukturen mit komplexen inneren Hohlräumen und Gitterstrukturen herstellen, was zu einer Gewichtsreduzierung von 30-50% und einer Verkürzung der Zykluszeit führen kann.
• Die CNC-basierte Rapid-Prototyping-Methode wird eingesetzt, um die Genauigkeit und Verschleißfestigkeit der Hauptkomponenten zu gewährleisten.

Die beiden ergänzen sich und steigern die Effektivität des jeweils anderen.

Typischer Anwendungsfall für Hybridanwendungen

Zur Entwicklung eines AGV-Antriebsradmoduls setzte JS Precision auf eine Hybridlösung aus „3D-gedruckter Hülle + CNC-Metalleinsätzen“ , die zu einer Gewichtsreduzierung von 35 % und einer Kostenreduzierung von 22 % führte. Die Lieferung erfolgte innerhalb von 10 Werktagen und erfüllte somit alle Kundenanforderungen.

Hybrid-Fertigungsprozess aus einer Hand

JS Precision bietet eine vollständige, hauseigene Hybrid-Prozessplanung, während gleichzeitig 3D-Druck und CNC-Bearbeitung durchgeführt werden können, eine vollständige Präzisionsmontage und Funktionsprüfung sowie die Lieferung von Prototypenteilen , die direkt eingebaut werden können.

Wie wirken sich die Kosten für 3D-gedruckte Prototypen auf das Budget von Robotikprojekten aus?

Tatsächlich stellen die Kosten für den 3D-Druck von Prototypen den zentralen Aspekt des Forschungs- und Entwicklungsbudgets für Roboter dar.

JS Precision kann durch seine professionellen Kostenoptimierungsansätze nicht nur die Kosten effektiv verwalten und die Effizienz der F&E-Mittel steigern , sondern auch die Leistungsfähigkeit der Prototypen gewährleisten.

Analysieren Sie die Kostenaufschlüsselung eingehend.

Die Kosten für einen 3D-gedruckten Prototyp setzen sich im Wesentlichen aus vier Komponenten zusammen: Materialkosten, Abschreibung der Ausrüstung, Nachbearbeitung und Designoptimierung. Der jeweilige Anteil ist festgelegt, die einzelnen Bereiche können jedoch individuell optimiert werden.

Die Materialkosten betragen typischerweise 30–50 %, die Abschreibung der Ausrüstung und die Nachbearbeitungskosten jeweils 20–30 % und die Designoptimierung 10–20 %. Die Preise der verschiedenen Materialien variieren erheblich; beispielsweise ist PA12 deutlich günstiger als PEKK.

Fünf Wege, um Kosten zu senken

Optimierung der Stützstruktur, Hohlkonstruktion zur Materialeinsparung, Vierteil-Druckserie zur Kostenverteilung und schließlich Wiederverwendung von Standardteilen und Materialsubstitution zur weiteren Kostenreduzierung.

Fallstudie: Kostenoptimierung eines Prototyps für eine Roboterhülle

Der Prototyp des Gehäuses eines bestimmten Industrieroboterunternehmens war ursprünglich als vollständig massive Struktur aus PEKK-Material konzipiert, und die Kosten für den einzelnen 3D-Druckprototyp beliefen sich auf 850 US-Dollar.

Den Ingenieuren von JS Precision gelang es nach Durchführung einer DFM-Analyse, die Konstruktion zu einer dünnwandigen Hohlstruktur mit Verstärkungsrippen zu verbessern und dabei das Material durch PA12-CF zu ersetzen.

Die endgültigen Stückkosten beliefen sich auf nur 490 US-Dollar, was einer Reduzierung um 42 % entspricht. Darüber hinaus ergaben die Tests, dass die Steifigkeit des Bauteils 10 % höher war als die des ursprünglichen Entwurfs, womit die Anforderungen der Funktionsprüfung vollständig erfüllt wurden.

Die Investition in einen Prototyp ist die „Versicherung“ für die Serienproduktion. Laden Sie Ihre Zeichnungen der Roboterkomponenten hoch, und JS Precision berechnet kostenlos die Kosten für Ihren 3D-Druckprototypen und unterbreitet Ihnen professionelle Vorschläge zur Kostenoptimierung.

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Wie fest sind 3D-gedruckte Roboterstrukturbauteile?

Die Zugfestigkeit von SLS-Nylon (PA12)-Strukturbauteilen liegt bei etwa 48 MPa , was für Anwendungen mit mittlerer Belastung ausreichend ist. Für sehr schwere Bauteile wären CNC-gefräste Aluminiumlegierungen oder Edelstahl die bessere Wahl.

Frage 2: Wie lange dauert es in der Regel, bis Prototypenmaterialien geliefert werden?

Im Allgemeinen dauert der 3D-Druck 24–48 Stunden, die CNC-Bearbeitung 3–5 Tage und die Montage komplexer Prototypen 1–2 Wochen. JS Precision bietet außerdem einen Express-Service mit 24-Stunden-Bearbeitungszeit.

Frage 3: Wie viel Gewicht kann durch Leichtbau im Allgemeinen eingespart werden?

Durch die Kombination von Topologieoptimierung und Gitterstrukturdesign kann das Gewicht in den meisten Fällen um 30-50% reduziert werden; der genaue Wert hängt jedoch von der ursprünglichen Konstruktion des Bauteils und seinen tatsächlichen Betriebsbedingungen ab.

Frage 4: Welche Präzision kann bei der CNC-Bearbeitung erwartet werden?

Die typische Toleranz für die CNC-Bearbeitung bei JS Precision beträgt ±0,01 mm , und für sehr präzise Merkmale beträgt sie ±0,005 mm , was den hohen Präzisionsstandards der Klassen IT6 und IT7 entspricht.

Frage 5: In welchem ​​Ausmaß ist Anisotropie bei 3D-gedruckten Teilen vorhanden?

3D-gedruckte Teile weisen eine gewisse Anisotropie auf, wobei die vertikale Festigkeit nur etwa 50–70 % der horizontalen Festigkeit beträgt. Dies lässt sich durch Änderung der Druckausrichtung oder Wahl des MJF-Verfahrens verringern.

Frage 6: Welches Verfahren sollte ich für die Kleinserienfertigung (ca. 100 Stück) wählen?

Für Kleinserien von etwa 100 Stück empfiehlt sich ein Hybridverfahren, beispielsweise Rapid Prototyping in Kombination mit Spritzguss . JS Precision, ein führender Prototypenhersteller in China, hat die Kosten beider Verfahren verglichen und stellt Ihnen die Ergebnisse gerne zur Verfügung.

Frage 7: Wie lassen sich die Kosten für die Prototypenherstellung abschätzen?

JS Precision unterstützt Sie bei der schnellen und einfachen Kostenschätzung für die Prototypenfertigung. Berücksichtigen Sie dabei Material, Teilevolumen und den Aufwand der Nachbearbeitung . Mit JS Precision können Sie Zeichnungen hochladen und erhalten so umgehend Angebote.

Frage 8: Wie wählt man zwischen 3D-Metalldruck und CNC-Bearbeitung?

Um komplexe interne Strukturen zu realisieren, empfiehlt sich der Einsatz von 3D-Metalldruck. Für einfache, geometrisch hochpräzise Bauteile ist hingegen die CNC-Bearbeitung wirtschaftlicher. Bei komplizierten Metallteilen kann die Wahl des Verfahrens von der Lieferzeit abhängen.

Zusammenfassung

Die 3D-Druck-Rapid-Prototyping-Robotik ist der Kern der Roboterforschung und -entwicklung. Eine wissenschaftliche Prototyping-Strategie kann Ingenieuren helfen, Umwege zu vermeiden und datengestützte Designentscheidungen zu treffen.

Bei der Roboterentwicklung ist ein professioneller Prototyping-Partner der erste Schritt. JS Precision fertigt hochpräzise Prototypen und berät Sie aufgrund seiner langjährigen Erfahrung professionell zu Design, Kosten und Zeitplan.

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