애플리케이션 스포트라이트:로봇 그리퍼를 위한 3D 프린팅

[이미지 제공:Schmalz]

3D 프린팅은 산업용 로봇의 기능을 발전시키는 핵심 기술 중 하나입니다. 로봇 애플리케이션을 위한 맞춤형 그리퍼 및 엔드 이펙터를 생산할 때 설계 자유도를 높이고 비용을 낮추며 리드 타임을 단축할 수 있습니다.

맞춤형이 로봇 공학 및 자동화의 새로운 표준이 되면서 3D 프린팅은 금형이나 CNC 가공에 막대한 투자 없이 비용 효율적인 맞춤형 그리퍼를 위한 솔루션을 제공합니다.

아래 , 우리는 그리퍼를 위한 3D 프린팅의 이점과 다양한 회사에서 이 기술을 사용하여 고급 그리퍼 설계를 생성하고 더 빠르고 저렴한 생산을 달성하는 방법에 대해 자세히 알아봅니다.

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3D 프린팅과 로봇 그리퍼의 진화

제조 분야에서 로봇 사용이 증가함에 따라 로봇 그리퍼(기본적으로 로봇 팔)는 자동차, 전자 및 식품 가공 산업의 고급 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 진화하고 있습니다.

이러한 진화로 인해 증가된 하중 용량과 안전 기능을 갖춘 더 가볍고 맞춤형 로봇 그리퍼가 개발되었습니다.

그러나 고급 그리퍼의 요구 사항을 충족하는 것은 기존 제조 기술에서 점점 더 어려워지고 있습니다. 규모의 경제 때문에 회사에서 소량의 그리퍼만 필요한 경우 기존 제조 방식이 너무 비쌀 수 있습니다.

게다가 그리퍼의 맞춤화는 사출 성형과 같은 기존 기술로 달성하기 어렵고 비용이 많이 듭니다.

3D 프린팅은 유연성과 속도 덕분에 그리퍼 제조에 새로운 가능성을 열어줍니다.

3D 인쇄 그리퍼의 이점

경량화

로봇이 작아짐에 따라 이러한 로봇에 맞도록 더 작고 가벼운 그리퍼를 설계하는 것이 많은 제조업체의 우선 순위가 되었습니다. 3D 프린팅이 도움이 될 수 있는 한 가지 방법은 더 적은 무게로 더 많은 작업을 수행할 수 있는 그리퍼를 생산하는 것입니다.

제조업체는 3D 프린팅을 통해 더 적은 재료를 필요로 하는 새로운 모양과 형상을 설계할 수 있고 탄소 섬유와 같은 경량 재료를 사용하여 그리퍼의 무게를 더욱 줄일 수 있습니다.

3D 프린팅을 통해 무게를 줄일 수 있으면서도 동일하거나 더 높은 하중 용량을 가진 그리퍼를 설계할 수 있습니다. 향상된 하중 용량과 함께 더 가벼운 무게는 로봇 기술 사용자의 주요 목표인 로봇의 더 빠른 움직임과 더 짧은 사이클 시간을 의미합니다.

맞춤설정

현대 로봇은 높은 수준의 맞춤화가 필요한 다품종 소량 환경에서 효율성을 개선하기 위해 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 시장에 적합한 표준 솔루션이 없는 경우가 많기 때문에 많은 응용 분야에서 로봇 그리퍼를 맞춤 설계해야 합니다.

3D 프린팅은 로봇 그리퍼를 사용자 정의하는 데 이상적인 기술입니다. 기업은 값비싼 맞춤형 도구에 투자할 필요가 없습니다. 대신 개별 설계를 생성하고 3D 프린터에서 직접 생산할 수 있습니다. 이는 또한 맞춤형 그리퍼의 3D 프린팅이 추가 툴링 비용이 없기 때문에 더 경제적임을 의미합니다.

부품 통합

3D 프린팅을 사용하면 이전에 여러 부품으로 구성된 그리퍼를 단일 구성요소로 생산할 수 있습니다. 여러 부품을 하나로 통합할 수 있는 이러한 기능은 더 저렴하고 빠른 생산을 가능하게 하며 조립할 개별 부품이 더 적다는 것을 의미합니다.

안전

로봇 그리퍼의 안전성은 3D 프린팅으로 개선할 수 있는 또 다른 요소입니다. 협동 로봇이 대중화됨에 따라 인간 동료와 함께 사용하기에 안전한 로봇 그리퍼를 설계하는 것이 중요합니다.

3D 프린팅이 제공하는 설계 유연성으로 인해 기존 공정에서는 어려울 수 있는 날카로운 모서리 없이 그리퍼용 둥근 하우징을 쉽게 설계할 수 있습니다. 또한 엔지니어는 빠르고 저렴하게 여러 설계를 테스트하여 그리퍼의 최대 안전성을 보장할 수 있습니다.

로봇 그리퍼용 3D 프린팅의 5가지 예

1. 86% 더 가벼운 그리퍼

3D 인쇄 그리퍼의 이점을 설명하는 것은 한 가지이지만 기술이 실제 응용 프로그램에서 어떻게 사용되는지 탐구하는 것은 완전히 별개입니다. 예를 들어, 3D 프린팅 전문가인 Kuhn-Stoff GmbH &Co KG는 3D 프린팅이 그리퍼 무게를 86%, 제조 비용을 최대 50%까지 줄일 수 있음을 입증했습니다.

이 회사는 폴리머 PBF(Powder Bed Fusion) 기술을 사용하여 Wittmann Robot Systeme GmbH를 위해 가벼우면서도 내구성이 뛰어난 기관지 그리퍼를 생산했습니다. PBF 기술은 레이저를 사용하여 고분자 분말 층을 녹이고 융합하여 물체를 만듭니다.

그리퍼는 이전에 알루미늄, 고무 튜브 및 여러 연결 요소로 만들어졌기 때문에 높은 생산 비용이 발생했습니다. Kuhn-Stoff 팀은 3D 프린팅용 그리퍼를 재설계하여 부품 수를 21개에서 2개로 줄이고 나일론 소재로 3D 프린팅할 수 있었습니다.

더 적은 수의 구성 요소는 생산에 필요한 재료가 적어 3D 프린팅을 더 빠르고 저렴한 프로세스로 만듭니다.

이러한 이점에 추가로 공압 덕트와 커넥터를 베이스 플레이트에 통합할 수 있는 기능이 있습니다.

3D 인쇄 그리퍼는 내구성도 입증되었습니다. Kuhn-Stoff는 500만 사이클 동안 테스트를 거쳤으며 고장이나 결함이 감지되지 않았다고 보고합니다.

2. IAM 3D Hub 3D는 자동차 생산 애플리케이션을 위한 로봇 그리퍼를 인쇄합니다.

3D 프린팅의 유연성을 보여주는 또 다른 예는 스페인의 디지털 혁신 허브인 IAM 3D Hub에서 이 기술을 사용하여 그리퍼의 기능을 개선했습니다.

기존의 그리퍼는 많은 수의 구성 요소를 특징으로 하는 매우 복잡한 시스템입니다. 이로 인해 추가 유지 관리와 지속적이고 지속적인 조정이 필요하기 때문에 획득 비용이 증가하는 동시에 실패 위험도 증가할 수 있습니다.

이것이 IAM 3D Hub가 이 비용을 줄이기 위한 여정을 시작한 이유입니다. 3D 프린팅을 통한 복잡성

HP Multi Jet Fusion 기술을 사용하여 그리퍼를 추가로 생산함으로써 IAM 3D Hub의 팀은 도관, 커넥터, 자석 및 기타 요소를 포함한 각 그리퍼의 부품 수를 80% 이상 줄이는 동시에 필요한 공간을 줄였습니다. 시스템이 작동하도록 합니다.

새로운 그리퍼는 커플링 메커니즘을 재설계하여 로봇과의 더 빠른 연결을 촉진하여 프로세스 및 설치 시간을 40% 단축합니다.

3. Schmalz는 3D 프린팅 및 소프트웨어로 그리퍼를 맞춤화합니다.

독일 회사인 Schmalz는 30년 이상 전에 진공 및 그리핑 기술의 세계에 진출하기 시작했습니다. 이 분야의 리더가 되기 위한 여정에서 이 회사는 제품 개발 및 소규모 시리즈 생산을 위해 3D 프린팅을 채택했습니다.

Schmalz 팀은 자동화가 점점 더 생산 환경에 영향을 미치면서 새롭고 독특한 핸들링 응용 분야에 새로운 개별 그리핑 장치가 필요하다는 것을 이해했습니다. 결과적으로 만능 그리퍼는 다양한 자동화 애플리케이션의 요구 사항을 완벽하게 충족할 수 없습니다.

이러한 깨달음으로 인해 맞춤형 그리퍼를 빠르고 쉽게 설계할 수 있는 시스템이 개발되었습니다. 소프트웨어 회사인 Trinkle 3D와의 파트너십을 통해 Schmalz는 고객이 진공 그리퍼를 사용자 정의할 수 있는 앱을 개발했습니다.

유스 케이스별 그리퍼의 전체 구성에는 약 10분이 소요되며 기존 CAD 소프트웨어나 3D 인쇄 가능한 디자인에 대한 전문 지식이 필요하지 않습니다.

3D 프린팅 기술은 Schmalz의 앱에서 생성된 디자인을 비용 효율적이고 빠르게 생성하는 열쇠입니다. 예를 들어, 새로운 그리퍼는 공기 안내를 그리퍼 디자인에 통합하여 핸들링 간섭을 줄입니다.

이런 식으로 Schmalz는 가볍고 견고하며 더 중요한 것은 맞춤형 그리퍼를 짧은 시간에 생산합니다. 경량 로봇과 협동로봇에 부착된 슈말츠 솔루션은 최대 10kg의 하중을 견딜 수 있습니다.

4. 포장 라인 전환 속도를 높이는 3D 인쇄 그리퍼

포장 라인은 특히 제품 교체가 빈번한 경우 유연해야 합니다. 그러나 이러한 유연성을 달성하는 것은 말처럼 쉽지 않은 경우가 많습니다. 어떤 경우에는 제품 교체 프로세스가 새롭고 적합한 그리퍼가 만들어질 때까지 며칠이 걸릴 수 있습니다.

Carecos Kosmetic GmbH는 이러한 문제에 직면하여 3D 프린팅에서 솔루션을 찾은 회사 중 하나입니다.

전환하는 동안 회사는 뚜껑을 잡고 병에 나사로 고정하는 포장 기계용으로 만든 새로운 그리퍼가 필요했습니다. 전통적으로 이 회사는 부품당 최대 10,000유로의 비용이 들며 제조에 약 6주가 소요되는 알루미늄 그리퍼를 가공했습니다.

이렇게 긴 리드 타임을 고려하여 회사는 그리퍼를 더 빨리 생산할 수 있는 대체 솔루션을 찾았습니다.

Carecos Kosmetic은 재료 압출 3D 프린팅으로 전환하여 12시간 이내에 그리퍼를 생산할 수 있었습니다. 또한 이 회사는 폴리머 3D 프린팅으로 전환하여 비용을 최대 85%, 제조 시간을 70%까지 절약했습니다. 추가 보너스로 인쇄된 플라스틱 그리퍼는 금속보다 7배 더 가볍습니다.

5. 부드러운 로봇 그리퍼를 위한 3D 프린팅

소프트 로봇 공학은 TPU 및 실리콘과 같은 유연한 재료를 사용하여 가볍고 탄성이 있는 그리퍼를 만드는 로봇 분야입니다.

소프트 로봇 그리퍼의 경우 3D 프린팅은 디자인의 자유도, 부드러운 소재 및 소규모 시리즈의 독특한 조합을 제공합니다. 이 분야에서 전문성을 개발한 회사 중 하나는 독일 화학 대기업 Wacker Chemie AG의 사업부인 ACEO입니다.

ACEO는 잉크젯 3D 프린팅과 유사한 '드롭 온 디맨드' 기술을 사용하는 실리콘 3D 프린팅 기술을 개발했습니다. 이 공정은 단일 부품 층의 형태로 재료의 액적을 증착하는 것으로 시작되며, 그런 다음 UV 광으로 경화됩니다. 그런 다음 실리콘 방울의 다음 층이 적용되고 UV 광선이 이를 이전 방울에 결합합니다. 객체가 완료될 때까지 프로세스가 반복됩니다.

독일의 신생 기업인 Formhand는 ACEO의 실리콘 3D 프린팅을 사용하여 산업 전반에 걸쳐 다목적 애플리케이션을 위한 범용 그리퍼를 개발했습니다. 팀은 ACEO의 서비스를 사용하여 여러 그리퍼 디자인의 프로토타입을 만들었습니다. 이 기술 덕분에 맞춤형 구성 요소를 저렴한 비용으로 신속하게 만들 수 있었습니다.

더 넓게 보면, 부드러운 로봇 그리퍼의 3D 프린팅은 그리퍼 및 다중 재료 설계의 소형화를 위한 길을 열어줍니다. 앞으로 이러한 시스템은 제트 엔진 유지 보수 및 최소 침습 수술에 사용될 수 있습니다.

3D 프린팅으로 로봇 그리퍼를 한 단계 더 끌어올리기

다재다능한 로봇 그리퍼에 대한 요구가 커짐에 따라 3D 프린팅은 민첩하고 가벼운 맞춤형 그리퍼를 제공하는 솔루션을 제공합니다. 이러한 그리퍼는 더 저렴하고 빠르게 생산할 수 있어 제조업체가 설계를 실험하고 추가된 기능을 통합할 수 있는 유연성이 높아집니다.

결정적으로, 3D 인쇄 그리퍼는 전체 로봇 시스템에 가치를 더하여 로봇을 더 가볍고 작게 만드는 데 도움이 됩니다.

최근 스마트한 디지털 기반 제조 트렌드를 고려할 때 로봇 그리핑 기술의 진화는 확실히 계속될 것이며 3D 프린팅은 그리퍼 설계를 한 단계 끌어올리는 데 필요한 방법이 될 것입니다.