Step 1: Aufgabenstellung
- Als Ausgangsbauteil liegt uns ein Grundkörper vor.
- Wir möchten das Gewicht um bis zu 50% reduzieren.
- Wir wollen Steifigkeit und Dauerfestigkeit beibehalten.
Konstruktion war noch nie so kreativ
Alles, was Sie sich vorstellen können, können Sie konstruieren und in die Tat umsetzen – der 3D Druck macht’s möglich. Das eröffnet Ingenieuren und Konstrukteuren völlig neue Horizonte und bietet Unternehmen enormes Potential in punkto Kosten- und Gewichtsersparnis sowie in der Optimierung ihrer Bauteile.
Werfen wir doch gemeinsam einen Blick auf ein konkretes Beispiel: Wir möchten einen Greiferfinger für den 3D-Druck optimieren.
Step 2: Grundoptimierung
- Wir übertragen die Randbedingungen auf den Grundkörper.
- Unser Programm generiert ein Mesh und gibt einen im Volumen reduzierten Körper aus.
- Das Ergebnis beeinflusst die Design-Iterationen: Wir entwerfen sechs Versionen bis zum fertigen Design.
Step 3: Feinschliff
- Wir validieren die konstruierten Strukturen durch FEM Simulation.
- Wir berechnen Sicherheitsfaktoren, innere Spannungen etc.
- Wir verdicken die rot dargestellten Bereiche schrittweise, um die gewünschte Stabilität zu erreichen.
- Wir stoppen den Verdickungsprozess bei einer maximalen Spannung von 217 MPa – diese ist bei einer Belastung von 130N für eine Dauerfestigkeit ausreichend.
Step 4: Resultat
- Wir haben über 60% Gewicht eingespart.
- Wir haben Kosten eingespart.
- Wir haben Müll eingespart.
- Wir haben sowohl Steifigkeit als auch Dauerfestigkeit beibehalten.
- Wir haben einen Konstruktionsprozess in verkürzter Zeit durchgeführt.
- Wir haben mit funktionsfähigen Anschauungsteilen gearbeitet.
- Wir haben ein Bauteil ganz neu gedacht.
- Wir haben individuelle Kundenwünsche umgesetzt.
Innovationsgreifer
Inhalt:
- Ausgangssituation Zusammenbau
- Optimierter Zusammenbau
- Motorträger
- Strebe
- Wippe
- Greiferfinger
- Oberarm
- Zusammenfassung
Werfen wir doch gemeinsam einen Blick auf ein weiteres Beispiel: Wir möchten einen Innovationsgreifer für den 3D-Druck optimieren.
1. Ausgangssituation Zusammenbau
Zweck: entnimmt einer Maschine Bauteile und legt diese auf einem Förderband ab.
Bewegungen:
- Linearmotor bewegt den Greifer mit sehr hoher Geschwindigkeit vor und zurück.
- Harmonic-Drive Motorantrieb hebt und senkt den Kopf.
Ziel: Trägerstruktur und Greiferbauteile leichter gestalten und für den 3D-Druck zu optimieren.
Vorgehen: Es werden verschiedene Optimierungswege der einzelnen Bauteile vorgestellt.
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Linearmotor bewegt den Greifer mit sehr hoher Geschwindigkeit vor und zurück.
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Harmonic-Drive Motorantrieb hebt und senkt den Kopf.
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1
Motorträger
Trägt die meiste Last und besitzt größte Masse.
2
Strebe
Fast keine Last. Gutes Potential für Gewichtsreduzierung.
Geschlossenes Design für Sauberkeit
3
Wippe
Kann hohl gestaltet werden.
Geschlossenes Design für Sauberkeit
4
Greiferfinger
Design wird binomisch gestaltet. Druckluftleitungen werden im Bauteil mit integriert.
5
Oberarm
Bauteil muss hohl gehalten werden. Geschlossenes Design durch Abdeckungen.
2. Optimierter Zusammenbau
1.Motorträger
Trägt die meiste Last und besitzt größte Masse.
2.Strebe
Fast keine Last. Gutes Potential für Gewichtsreduzierung.
Geschlossenes Design für Sauberkeit
3.Wippe
Kann hohl gestaltet werden.
Geschlossenes Design für Sauberkeit
4.Greiferfinger
Design wird bionisch gestaltet. Druckluftleitungen werden im Bauteil mit integriert
5.Oberarm
Bauteil muss hohl gehalten werden. Geschlossenes Design durch Abdeckungen.
traditionell
neu gedacht für die vielen bisher unerfüllten Kundenwünsche an die verschiedenen Bauteile
3. Motorträger
Gewicht: 1270g
Gewicht: 608g
53% Gewichtseinsparung
4. Strebe
Gewicht: 368g
Gewicht: 155g
58% Gewichtseinsparung
5. Wippe
Gewicht: 822g
Gewicht: 550g
34% Gewichtseinsparung
6. Greiffinger
Gewicht: 3632g
Gewicht: 1744g
52% Gewichtseinsparung
Pneumatikleitungen und Anschlüsse entfallen!
7. Oberarm
Gewicht: 1816g
Gewicht: 477g
74% Gewichtseinsparung
8. Zusammenfassung
Eine Gewichtsreduzierung der Gesamten Tragstruktur von bis zu 55% ist eine erhebliche Verbesserung.
Gewicht vor Optimierung: 7908g
Gewicht nach Optimierung: 3534g
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