L'application en vedette :l'impression 3D pour les pinces robotiques

[Crédit image :Schmalz]

L'impression 3D est l'une des technologies centrales faisant progresser les capacités de la robotique industrielle. Il permet une plus grande liberté de conception, un coût inférieur et un délai d'exécution plus court dans la production de pinces et d'effecteurs finaux personnalisés pour les applications robotiques.

Et avec la personnalisation étant une nouvelle norme dans la robotique et l'automatisation, l'impression 3D fournit une solution pour des pinces personnalisées rentables, sans investissements énormes dans les moules ou l'usinage CNC.

Ci-dessous , nous examinons les avantages de l'impression 3D pour les pinces et la façon dont différentes entreprises utilisent la technologie pour créer des conceptions de pinces avancées et obtenir une production plus rapide et moins chère.

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Impression 3D et évolution des préhenseurs robotisés 

Avec l'utilisation croissante des robots dans la fabrication, les pinces robotiques - essentiellement des bras de robot - évoluent pour répondre aux besoins d'applications avancées dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique et de la transformation alimentaire.

Cette évolution a conduit au développement de pinces robotiques plus légères et personnalisées avec une capacité de charge et des caractéristiques de sécurité accrues.

Répondre aux besoins des pinces avancées, cependant, devient de plus en plus difficile pour les technologies de fabrication traditionnelles. En raison des économies d'échelle, la fabrication traditionnelle peut être trop coûteuse lorsqu'une entreprise n'a besoin que d'un petit lot de pinces.

De plus, la personnalisation des pinces s'avère difficile et coûteuse à réaliser avec les technologies conventionnelles, comme le moulage par injection.

L'impression 3D, grâce à sa flexibilité et sa rapidité, ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de pinces.

Les avantages des pinces imprimées en 3D 

Léger 

Avec des robots de plus en plus petits, la conception de pinces plus petites et plus légères pour s'adapter à de tels robots est devenue une priorité pour de nombreux fabricants. L'impression 3D peut aider par exemple en produisant des pinces qui peuvent faire plus tout en pesant moins.

Avec l'impression 3D, les fabricants peuvent concevoir de nouvelles formes et géométries qui nécessitent moins de matériau et peuvent utiliser des matériaux légers, comme la fibre de carbone, pour réduire davantage le poids de la pince.

Alors que l'impression 3D permet de réduire le poids, elle permet également de concevoir des pinces avec une capacité de charge identique ou supérieure. Un poids plus léger, associé à une capacité de charge améliorée, signifie des mouvements plus rapides d'un robot et des temps de cycle plus courts, qui sont les objectifs clés des utilisateurs de la technologie robotique.

Personnalisation 

Les robots modernes sont de plus en plus utilisés pour améliorer l'efficacité dans un environnement mixte à faible volume où il existe un niveau élevé de personnalisation. Souvent, aucune solution standard adaptée n'est disponible sur le marché. Par conséquent, pour de nombreuses applications, les pinces robotiques devront être conçues sur mesure.

L'impression 3D est une technologie idéale pour personnaliser les pinces robotiques. Les entreprises n'ont pas besoin d'investir dans un outillage personnalisé coûteux - au lieu de cela, elles peuvent créer des conceptions individuelles et les produire directement sur une imprimante 3D. Cela signifie également que l'impression 3D de pinces personnalisées est plus économique car il n'y a pas de coûts d'outillage supplémentaires.

Consolidation partielle

L'impression 3D permet de réaliser des préhenseurs qui étaient auparavant constitués de plusieurs pièces, en un seul composant. Cette capacité à regrouper plusieurs pièces en une seule permet une production moins chère et plus rapide et signifie également qu'il y a moins de pièces séparées à assembler.

Sécurité 

La sécurité des préhenseurs robotisés est un autre élément qui peut être amélioré grâce à l'impression 3D. Alors que les robots collaboratifs deviennent de plus en plus populaires, il est crucial de concevoir des pinces robotiques qui peuvent être utilisées en toute sécurité avec des collègues humains.

La flexibilité de conception offerte par l'impression 3D facilite la conception d'un boîtier arrondi pour les pinces sans angles vifs, ce qui peut être difficile pour les processus conventionnels. De plus, il permet aux ingénieurs de tester plusieurs conceptions, rapidement et à moindre coût, pour garantir une sécurité maximale de la pince.

5 exemples d'impression 3D pour les préhenseurs robotisés 

1. Une pince 86 % plus légère 

Décrire les avantages des pinces imprimées en 3D est une chose, mais explorer comment la technologie est utilisée dans des applications réelles en est une autre. Par exemple, le spécialiste de l'impression 3D, Kuhn-Stoff GmbH &Co KG, a prouvé que l'impression 3D peut réduire le poids de la pince de 86 % et les coûts de fabrication jusqu'à 50 %.

La société a utilisé la technologie de fusion sur lit de poudre polymère (PBF) pour produire une pince bronchique légère mais durable pour Wittmann Robot Systeme GmbH. La technologie PBF utilise un laser pour faire fondre et fusionner des couches de poudre de polymère pour créer un objet.

Le préhenseur était auparavant fabriqué à partir d'aluminium, de tubes en caoutchouc et de multiples éléments de connexion, ce qui entraînait des coûts de production élevés. En repensant la pince pour l'impression 3D, l'équipe Kuhn-Stoff a pu réduire le nombre de composants de 21 à 2 et les imprimer en 3D dans un matériau en nylon.

Moins de composants signifie moins de matériel pour la production, ce qui fait de l'impression 3D un processus plus rapide et moins cher.

En plus de ces avantages, il est possible d'intégrer des conduits pneumatiques et des connecteurs dans la plaque de base.

La pince imprimée en 3D s'est également avérée durable. Kuhn-Stoff rapporte qu'il a été testé sur cinq millions de cycles, sans aucun échec ou défaut détecté.

2. IAM 3D Hub imprime en 3D une pince robotisée pour les applications de production automobile

Un autre exemple illustrant la flexibilité de l'impression 3D vient du pôle espagnol d'innovation numérique, IAM 3D Hub, qui a utilisé la technologie pour améliorer la fonctionnalité des pinces.

Les pinces conventionnelles sont des systèmes extrêmement complexes, comportant un grand nombre de composants. Cela peut entraîner des coûts d'acquisition plus élevés, tout en augmentant le risque d'échec, en raison d'un besoin de maintenance supplémentaire et d'ajustements constants et continus.

C'est pourquoi IAM 3D Hub s'est engagé dans une démarche visant à réduire cela. complexité grâce à l'impression 3D.

La production additive des pinces, à l'aide de la technologie HP Multi Jet Fusion, a aidé l'équipe de l'IAM 3D Hub à réduire de plus de 80 % le nombre de pièces dans chaque pince, y compris les conduits, les connecteurs, les aimants et d'autres éléments, tout en réduisant simultanément l'espace requis pour que le système fonctionne.

En repensant le mécanisme d'accouplement, le nouveau préhenseur permet également une connexion plus rapide avec le robot, réduisant ainsi le processus et le temps d'installation de 40 %.

3. Schmalz personnalise les préhenseurs avec l'impression 3D et le logiciel

La société allemande Schmalz a commencé à pénétrer le monde de la technologie du vide et de la préhension il y a plus de 30 ans. Dans son parcours pour devenir un leader du secteur, l'entreprise a adopté l'impression 3D pour le développement de produits et la production de petites séries.

L'équipe de Schmalz a compris qu'étant donné que l'automatisation a de plus en plus d'impact sur l'environnement de production, des applications de manipulation nouvelles et uniques nécessitent de nouveaux dispositifs de préhension individuels. Par conséquent, une pince universelle ne peut pas parfaitement répondre aux exigences des différentes applications d'automatisation.

Cette réalisation a conduit au développement d'un système qui permet la conception rapide et facile de pinces personnalisées. Grâce au partenariat avec la société de logiciels Trinckle 3D, Schmalz a développé une application qui permet à ses clients de personnaliser les préhenseurs à vide.

La configuration complète de la pince spécifique au cas d'utilisation prendrait environ 10 minutes et ne nécessite aucune expertise dans les logiciels de CAO classiques ou la conception imprimable en 3D.

La technologie d'impression 3D est la clé d'une production rapide et rentable des conceptions générées par l'application de Schmalz. Par exemple, les nouvelles pinces réduisent les interférences de manipulation en intégrant le guidage de l'air dans la conception de la pince.

De cette manière, Schmalz produit en peu de temps des pinces légères, robustes et surtout personnalisées. Attachée à des robots et cobots légers, la solution Schmalz peut supporter des charges allant jusqu'à 10 kilogrammes.

4. Une pince imprimée en 3D accélère les changements de ligne d'emballage

Les lignes de conditionnement doivent être flexibles, notamment lorsque les changements de produits sont fréquents. Atteindre cette flexibilité, cependant, est souvent plus facile à dire qu'à faire. Dans certains cas, un processus de changement de produit peut prendre plusieurs jours, jusqu'à ce qu'une nouvelle pince appropriée soit fabriquée.

Carecos Kosmetic GmbH est une entreprise qui a relevé ce défi et a trouvé une solution dans l'impression 3D.

Lors des changements, l'entreprise avait besoin de nouvelles pinces pour les machines d'emballage qui saisiraient les couvercles et les visseraient sur les pots. Traditionnellement, l'entreprise usinait les pinces en aluminium, ce qui coûtait jusqu'à 10 000 euros par pièce et prenait environ six semaines à fabriquer.

Compte tenu d'un délai aussi long, l'entreprise a recherché une solution alternative capable de produire les pinces plus rapidement.

Carecos Kosmetic s'est tourné vers l'impression 3D par extrusion de matériaux et a pu produire une pince en 12 heures. L'entreprise a également économisé jusqu'à 85 % des coûts et 70 % du temps de fabrication en passant à l'impression 3D polymère. En prime, les pinces en plastique imprimées sont également sept fois plus légères que leurs homologues en métal.

5. Impression 3D pour préhenseurs robotiques souples

La robotique douce est un domaine de la robotique qui utilise des matériaux flexibles, comme le TPU et le silicone, pour créer des pinces légères et élastiques.

Pour les pinces robotiques souples, l'impression 3D offre une combinaison unique de liberté de conception, de matériaux souples et de petites séries. Une entreprise qui a développé une expertise dans ce domaine est ACEO, une division du géant allemand de la chimie, Wacker Chemie AG.

ACEO a développé une technologie d'impression 3D en silicone qui utilise une technique de « goutte à la demande », similaire à l'impression 3D à jet d'encre. Le processus commence par le dépôt de gouttelettes de matériau sous la forme d'une seule couche, qui est ensuite durcie à la lumière UV. La couche suivante de gouttelettes de silicone est ensuite appliquée et la lumière UV la lie à la précédente. Le processus est répété jusqu'à ce que l'objet soit terminé.

La start-up allemande Formhand a développé une pince universelle pour des applications polyvalentes dans tous les secteurs, en utilisant l'impression 3D en silicone d'ACEO. L'équipe a utilisé les services d'ACEO pour prototyper plusieurs modèles de pinces. Grâce à la technologie, ils ont pu créer des composants personnalisés rapidement et à faible coût.

Plus largement, l'impression 3D de préhenseurs robotiques souples ouvre la voie à la miniaturisation des préhenseurs et des conceptions multi-matériaux. À l'avenir, de tels systèmes pourront être utilisés dans la maintenance des moteurs à réaction et la chirurgie mini-invasive.

Améliorer les pinces robotiques avec l'impression 3D 

Au fur et à mesure que le besoin de pinces robotiques plus polyvalentes augmente, l'impression 3D fournit une solution qui fournit des pinces agiles, légères et personnalisées. De telles pinces sont moins chères et plus rapides à produire, ce qui donne aux fabricants plus de flexibilité pour expérimenter des conceptions et intégrer des fonctionnalités supplémentaires.

Surtout, les pinces imprimées en 3D ajoutent de la valeur au système robotique global, aidant à rendre les robots plus légers et plus petits.

L'évolution de la technologie de préhension robotique se poursuivra sûrement, étant donné les tendances récentes de la fabrication intelligente et numérique, et l'impression 3D sera la méthode de prédilection pour faire passer les conceptions de préhension au niveau supérieur.