Forschungsprojekt DIMAP

Robotergelenke aus dem 3D-Drucker 

DIMAP

Zahnfüllungen, Ersatzteile oder Prothesen – das Spektrum von Produkten, die mit 3D-Druckern gefertigt werden, wächst. Meist sind diese Teile aus nur einem Material hergestellt. Um weitere Einsatzbereiche für „gedruckte“ Produkte zu erschließen, werden 3D-Drucker entwickelt, die unterschiedliche Werkstoffe kombinieren. Im Forschungsprojekt DIMAP, das von der EU mit rund sechs Millionen Euro gefördert wird, sollen Robotergelenke aus unterschiedlichen Materialien konstruiert und gedruckt werden.

Anstatt zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block zu fräsen, baut die additive Fertigung – additiv bedeutet „hinzufügen“ – Bauteile Schicht für Schicht auf. Als Grundlage dient eine 3D-Zeichnung, die mit einem CAD-Programm erstellt wird. Die Software der Additive Manufacturing Anlage zerlegt dieses Modell virtuell in viele einzelne Ebenen, die schrittweise aufgebaut werde. Beim sogenannten Polyjet-Verfahren werden nun – ähnlich wie beim Tintenstrahldrucker – die Materialien, die in einer speziellen, chemischen Druckertinte gelöst sind, als flüssige Tröpfchen aufgebracht. Eine UV-Lampe härtet die flüssige Schicht anschließend aus. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis das Teil fertig ist.

Ziele des Projekts

Im Forschungsprojekt DIMAP (Novel nanoparticle enhanced Digital Materials for 3D Printing and their applications shown for the robotic and electronic industry) soll untersucht werden, inwiefern sich keramische, leitfähige und elastische Materialien für den Druck eines Roboterarms mit integrierten Gelenken eignen. Hierbei ist auch grundlegende Materialforschung notwendig. Zum ersten Mal sollen für den Roboterarm die nötigen Lager, die Kinematik-Strukturen in Leichtbauweise, die pneumatischen Aktuatoren sowie die Leiterbahnen mit dem Polyjet-Verfahren gedruckt werden. Die besondere Herausforderung dabei ist, die Materialien richtig aufeinander abzustimmen. Denn das Ziel ist es, Robotergelenke in einem einzigen Druckvorgang herzustellen.

Neben der additiven Fertigungsmethode ist die sogenannte Mensch-Maschine-Kooperation ein weiterer Schwerpunkt im Forschungsprojekt. Hierbei gilt es, die Kinematikstruktur möglichst in Leichtbauweise zu konstruieren. Je geringer die bewegte Masse ist, desto geringer wird auch das Gefährdungspotential bei einem möglichen Kollisionsfall. Darüber hinaus sollen die Robotergelenke eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, um die Sicherheit bei kooperativen Handlingaufgaben zwischen Mensch und Roboter zu erhöhen. Dazu trägt auch die Pneumatik bei, da Luft kompressibel ist und das Robotergelenk so vergleichsweise leicht vom Menschen weggeschoben werden kann.

Demonstrator

Festo ist als Anwender im Forschungsprojekt dafür zuständig, die Anforderungen für die Robotik und die damit nötigen Materialeigenschaften zu definieren. Die Robotergelenke sollen in einem weiteren Projektschritt gedruckt und in Form eines prototyphaften Roboters aufgebaut werden, an dem Festo ein geeignetes Steuer- und Regelungskonzept entwickeln kann. An diesem Demonstrator kann begutachtet werden, ob sich die mit dem neuartigen Druckverfahren hergestellten Robotergelenke im industriellen Umfeld eignen. Dafür muss beispielsweise die dauerhafte Stabilität unter dynamischer Belastung geprüft werden.

Weitere Projektpartner

DIMAP Projektpartner

Aus der Wissenschaft

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Johannes Kepler Universität Linz
  • Soreq Nuclear Research Center
  • Tecnologia Navarra de Nanoproductos SL

Aus der Industrie

  • Profactor GmbH
  • Stratasys Ltd.
  • Borealis Polyolefine GmbH
  • Tiger Coatings
  • Philips Electronics Nederland B. V.
  • CIRP GmbH
  • PV Nano Cell Ltd.

Das Projekt DIMAP wird im Rahmen des Programms Horizon 2020 unter dem Förderkennzeichen 685937 von der Europäischen Union gefördert