Gibt es in den meisten Fab-Shops automatisiertes Schleifen von 3D-Teilen?

Acme Manufacturing Co. hat kürzlich eine Zelle mit vier Robotern installiert, die sich dem Schleifen und Polieren von Eckschweißnähten an Kastenfertigungen widmet. Acme Manufacturing Co.

Das Schleifen von Metall ist Schleifen. Daran führt kein Weg vorbei.

Beim thermischen Schneiden können Kanten entstehen, die gereinigt werden müssen. Beim Schweißen entstehen Spritzer auf der Schweißoberfläche, die entfernt werden müssen. Oberflächen und Kanten müssen für die Aufnahme von Farbe oder Pulverbeschichtung vorbereitet werden. Schleifen macht all dies möglich.

Aber das Schleifen erfordert viel Aufwand, wenn es ein manueller Vorgang ist. Der Bediener muss einen gewissen Druck auf das Schleifwerkzeug ausüben, damit das Schleifband, die Schleifscheibe oder das Schleifpad seine Aufgabe erfüllen können, und er muss dieselbe Aufgabe mehrere Stunden lang wiederholen. Der Handschleifer ist wahrscheinlich auf den Beinen, beugt sich über das Werkstück und hält das vibrierende Handwerkzeug über einen längeren Zeitraum. Es ist anstrengend.

Aber das ist nur der physische Tribut. Derselbe Bediener muss ausreichend engagiert sein, um nicht zu viel Material zu entfernen und genau den richtigen Druck mit dem Handwerkzeug auszuüben, um zu verhindern, dass zu viele Verbrauchsmaterialien durchbrennen. Er trägt wahrscheinlich auch eine Schutzbrille, um zu verhindern, dass Metallspäne und Funken in seine Augen gelangen, und ein Atemschutzgerät, um das Einatmen des metallhaltigen Staubs zu vermeiden.

„Beim Schleifen gibt es die drei Ds: Es ist schmutzig, gefährlich und erniedrigend“, sagte GA „Fritz“ Carlson III, Präsident/CEO von Acme Manufacturing Co., einem Robotertechnologie-Integrator, der sich ausschließlich auf die Automatisierung von Entgraten und Polieren konzentriert. „Wenn Sie Roboterautomatisierung implementieren, eliminieren Sie diese drei Ds, weil der Roboter sich offensichtlich nicht um all das kümmert.“

Diese Realität trifft auf eine Gesellschaft, die bereit zu sein scheint, alles anzunehmen, was Roboter zu bieten haben, insbesondere da die aktuelle Pandemie viele Unternehmen dazu gezwungen hat, die Zahl ihrer Mitarbeiter zu reduzieren und alles zu tun, um den Kontakt zwischen Menschen zu minimieren. Tatsächlich berichtete die Robotics Industries Association im Januar, dass die jährlichen Roboterbestellungen aus Nicht-Automobilsektoren zum ersten Mal überhaupt die Roboterbestellungen aus der Automobilbranche übertrafen. Die Verkäufe von Robotereinheiten in Nordamerika stiegen im Jahr 2020 gegenüber 2019 um 3,5 %. Ausschlaggebend für dieses Wachstum war das zweitbeste Quartal aller Zeiten für die Roboterverkäufe in Nordamerika mit einem Anstieg von 63,6 % gegenüber dem vierten Quartal 2019.

Warum sehen Sie vor diesem Hintergrund nicht mehr Roboter-Schleifzellen in Fab-Shops? Schweißroboter sind heute in metallverarbeitenden Betrieben häufiger anzutreffen als noch vor 10 bis 15 Jahren, da die Preise für Roboter gesunken sind und es aufgrund der gebotenen Vorteile schwieriger geworden ist, qualifizierte Schweißer zu finden. Konventionelle Erkenntnisse könnten darauf hindeuten, dass Roboter-Schleifzellen auch in der Blech- und Plattenherstellungsindustrie stärker zum Einsatz kommen würden. Aber während sich die automatisierte Schleiftechnologie zunehmend durchsetzt, ist sich dies in der Metallverarbeitungswelt größtenteils nicht bewusst.

Wie bei den meisten Dingen in einer kapitalistischen Gesellschaft erkennen Unternehmen Chancen dort, wo Unternehmen den größten Bedarf haben. Die Segmente der Fertigungswelt, die den größten Bedarf an automatisierter Schleiftechnologie hatten, waren diejenigen, die sie für den Großteil ihrer Produkte benötigten.

James Ward, Vertriebs- und Marketingleiter bei MESH Automation Inc., hat im Laufe der Jahre zahlreiche Roboter-Schleifsysteme für Fertigungskunden entwickelt. Er wies darauf hin, dass Gießereien und Druckgießer seit jeher die Hilfe von Endbearbeitungsrobotern in Anspruch nehmen, da die Produkte nie perfekt hergestellt werden. Sie haben Trennlinien und Markierungen, die entfernt werden müssen, damit sie ein vollendeteres Aussehen erhalten.

„Das ist sozusagen der Ausgangspunkt“, sagte Ward, „aber dann kamen wir zu maschinell bearbeiteten Teilen.“

Das System erkennt die Größe des in die Zelle gelangenden Produkts und generiert aus den Messwerten automatisch ein Polierprogramm. Die Zelle kann Kisten mit einer Größe von 8 x 8 Zoll bis 48 x 76 Zoll aufnehmen.

Fräsmaschinen sind wunderbare Fertigungsgeräte, aber sie sind auf Schneidwerkzeuge angewiesen. Diese Werkzeuge nutzen sich nicht mit vorhersehbarer Geschwindigkeit ab. Neuere Werkzeuge schneiden präziser und ältere Werkzeuge können eine stumpfe Schneidkante haben, wodurch mehr Grate entstehen. Wenn eine Werkstatt beispielsweise ein Laufrad bearbeitet, das in einer Pumpe rotieren soll, muss dieses Laufrad gratfrei sein. Roboterschleifmaschinen sind die Versicherungspolice, die dies ermöglicht.

In diesen Fällen kann ein Roboter, der Schleifmittel verwendet, diese Grate und andere unerwünschte Merkmale schnell entfernen. Dies sind nicht die Art von Dingen, die ein Hersteller an einer CNC-Schleifmaschine anbringen möchte, um sie zu entfernen.

Carlson sagte, wenn ein Teil als „hochwertig“ eingestuft wird, sei es aufgrund der für seine Herstellung benötigten Fertigungszeit oder einfach weil es beispielsweise aus Titan besteht, lässt sich der Einsatz von Automatisierung viel einfacher begründen Oberflächen- und Kantenbearbeitung. Mit anderen Worten: Ein Schaufelrad aus einer austenitischen Superlegierung auf Nickel-Chrom-Basis, das einer Nachbearbeitung bedarf, ist viel eher ein Kandidat für eine Roboter-Schleifzelle als ein einfaches Druckgussteil.

„Sie wissen also, dass der Wert dieser Komponente darüber entscheidet, ob die Kapitalrendite wirklich gut oder einfach nur wahnsinnig schlecht ist“, sagte Carlson.

Ward sagte, dass einige Produktionsumgebungen einfach so rau seien, dass der Trend dahin gehe, Menschen aus der Szene zu entfernen. Solche „Kein Mann auf dem Boden“-Szenarien, beispielsweise solche, bei denen luftgetragene Partikel als gefährlich gelten, wenn sie direkt von Menschen eingeatmet werden, erfordern eine Automatisierung, um die Aufgaben zu erledigen, die die Arbeiter einmal erledigt haben.

Ward fügte hinzu, dass andere Unternehmen lediglich nach Teilen suchten, die keinerlei Bearbeitungsspuren aufweisen, also keine Schweißnähte oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche aufweisen. Solche Mängel können sichtbar sein, wenn sich das Teil von der Schweißvorrichtung löst, besonders deutlich werden sie jedoch beim Lackieren. Der Landwirt möchte an seinem Mähdrescher die gleiche Lackqualität haben wie der Vermögensverwalter an seinem BMW.

„Verbraucher sind heutzutage sehr wählerisch und die Lackierung ist das Erste, was man sieht“, sagte Ward.

Hersteller, die Roboter-Schleiftechnologie eingeführt haben, haben dies getan, um die Produktivität zu steigern, den menschlichen Faktor aus dem Prozess zu entfernen und konsistente Oberflächen für ein besseres kosmetisches Erscheinungsbild zu liefern. Daher ist es nicht verwunderlich, dass diese Art der Automatisierung in bestimmten Fertigungsumgebungen Einzug gehalten hat, die Metallverarbeitern möglicherweise sehr vertraut sind.

Ward beschrieb eine Zelle, die für die Nachbearbeitung einer großen Schweißkonstruktion vorgesehen war. Genauer gesagt wurde die Zelle für die Entfernung von Schlacke, Lichtbogengasverunreinigungen und Schweißspritzern konzipiert.

Die Schweißkonstruktionen wurden in großen Mengen und in unterschiedlichen Konfigurationen hergestellt. Eine Roboter-Schleifzelle sollte dazu beitragen, den Zeitaufwand für die Reinigung der Schweißnähte zu reduzieren und ein Maß an Konsistenz zu erreichen, das mit manuellen Schleifmaschinen, die Elektrowerkzeuge mit Speichenrädern und Polierpads verwenden, nicht möglich war.

MESH Automation entwarf eine Zelle mit einer maßgeschneiderten Bedienerschnittstelle, einer Polierspindel und einer automatisierten Vorrichtung. Der Druck auf das Drahtblech der Spindel war programmierbar und wurde kontinuierlich überwacht, so dass er während der Endbearbeitung geändert werden konnte. Die Zelle verfügt außerdem über eine Werkzeugschublade zum Ersetzen gebrauchter Speichenräder durch frische Speichenräder.

Die von MESH Automation entwickelte Vorrichtung konnte die verschiedenen Schweißkonstruktionen aufnehmen. Eine über der Vorrichtung montierte Vision-Kamera verifizierte der Maschine, dass das richtige Teil geladen war und zum ausgewählten Auftrag passte.

Ward sagte, der Kunde sei zufrieden, dass die Zelle die Reinigungsarbeiten an diesen Teilen in weniger als 80 Sekunden abschließen könne. Die Zelle lieferte auch ein kosmetisch ansprechendes Oberflächenfinish.

„Mit diesen Robotern können wir eine enorme Genauigkeit und Wiederholbarkeit erreichen“, sagte Ward.

Elektrische Schaltschränke sind in manchen Lohnfertigungsbetrieben ein vertrauter Anblick, und Ward sagte, dass die Roboter-Schleifzellen seines Unternehmens auch in diesen Fertigungsumgebungen ein Zuhause gefunden hätten. In einer Installation waren insbesondere Kästen mit einer Größe von 12 x 12 Zoll bis 38 x 60 Zoll untergebracht.

„Es könnte jederzeit alles passieren“, erinnert sich Ward. „Wir haben eine Möglichkeit entwickelt, die Größe des Teils zu erkennen, und verschiedene Variablen eingerichtet, damit sie den Robotern sagen können, was sie tun sollen.“

In diesem Fall waren die Roboter in der Zelle mit Bürsten ausgestattet, um die Schweißnähte abzuschleifen. Anschließend tauschten sie die Werkzeuge aus, um den Bereich der Schweißverbindung mit dem Rest des Oberflächenmetalls zu verschmelzen. Ward sagte, es würde jemandem schwer fallen, wirklich zu wissen, wo sich die Schweißverbindung befindet.

„Es ist an einem Punkt angelangt, an dem dies für vielfältigere Produkte übernommen werden kann, anstatt nur verschiedene Variationen einer Produktfamilie zu sein“, sagte Ward. „Wir bezeichnen das als aufeinanderfolgende Chargen von einem.“

Carlson sagte, dass die Unternehmen nun bereit seien, Pläne für die zukünftige Produktion in Angriff zu nehmen, da die Pandemie die Hersteller gezwungen habe, im Jahr 2020 einen Schritt zurückzutreten und ihre Investitionen neu zu bewerten. Angesichts der Tatsache, dass Hersteller trotz hoher Arbeitslosenquoten immer noch Schwierigkeiten haben, die richtigen Mitarbeiter für ihre Unternehmen zu finden, sind sie auf der Suche nach Automatisierungstechnologien, die es ihnen ermöglichen, Chancen zu nutzen, für die sie nicht unbedingt Mitarbeiter einstellen müssen.

Als Beispiel nannte Carlson die Feuerwaffenindustrie. Carlson beschrieb es als „Wachstumsbereich“ für Acme und sagte, dass der Weggang von Handwerkern, die früher ganze Schichten mit dem manuellen Polieren von Pistolen- und Gewehrläufen verbrachten, Schusswaffenhersteller dazu veranlasst, nach Robotern zu suchen, die diese Arbeiten erledigen können. Millennials und die Generation Z haben kein Interesse daran, mit dem Handpolieren Karriere zu machen.

Wenn man von Metallverarbeitung spricht, denkt man nicht unbedingt an die Schusswaffenindustrie, wohl aber an die Herstellung von Elektrogehäusen und großen Schweißkonstruktionen für landwirtschaftliche und industrielle Anwendungen. Eine automatisierte Zukunft mit automatisiertem Schleifen ist nahe.

Carlson rät jedem Metall verarbeitenden Unternehmen, das über eine automatisierte Alternative zum manuellen Schleifen nachdenkt, sich an einen Systemintegrator zu wenden, um herauszufinden, was sinnvoll sein könnte. Es hilft jedoch, wenn der Integrator Erfahrung mit der Metallveredelung hat.

„Wenn Sie nach einem System zur Materialentfernung suchen, wissen wir, wie Schleifmittel eingesetzt werden müssen, welche Leistung erforderlich ist und welche Geschwindigkeiten und Vorschübe die richtigen sind“, sagte Carlson.

Ward fügte hinzu, dass ein Roboter-Schleifsystem etwa so viel kosten kann wie eine Roboter-Schweißzelle. Das ist natürlich eine große Allgemeingültigkeit, aber die Roboterpreise sind viel günstiger als noch vor 10 Jahren. Außerdem ist die Programmierung dieser Roboter viel benutzerfreundlicher.

Eine automatisierte Schleifzelle ist nicht für jedes Teil geeignet, kann aber unter den richtigen Umständen sinnvoll sein. Hersteller müssen ermitteln, wie aufwändig der Prozess für ihr Unternehmen ist.

Acme Manufacturing Co., www.acmemfg.com

MESH-Automatisierung, meshautomationinc.com

Verband der Robotikindustrie. www.robotics.org