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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung durch additives Erzeugen eines an den Teilbereich angepassten Schaumstoffteils. Ferner betrifft die Erfindung ein Schaumstoffteil zur funktionalen Verkleidung zumindest eines Teilbereichs einer Fertigungsvorrichtung sowie eine Fertigungsvorrichtung, die eine funktionale Verkleidung mit einem Schaumstoffteil aufweist.
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In der industriellen Fertigung und Montage kommen oftmals Mensch-Roboter-Kooperationssysteme - die im Folgenden als „MRK-Systeme“ bezeichnet werden - zum Einsatz. Bei derartigen Systemen arbeitet mindestens ein Mensch gemeinsam mit mindestens einem Roboter in demselben Arbeitsbereich. An MRK-Systeme werden besonders hohe Sicherheitsanforderungen gestellt, da von Robotern ein hohes Unfall- bzw. Verletzungspotenzial für den Menschen durch Kollision mit einem bewegten Teilbereich des Roboters, wie z.B. einem vom Roboter bewegten Werkzeug, oder einem Roboterarm, ausgeht. Zur Reduzierung der Unfall- Verletzungsgefahr bzw. zur Erhöhung der Arbeitssicherheit werden daher in MRK-Systemen Roboter mit einer Kraft- und/oder Leistungsbeschränkung verwendet. Derartige Roboter sind in DIN ISO 10218-1/2 beschrieben. Diese Norm betrifft insbesondere eine Evaluierung möglicher Kollisionen eines Roboters mit einem Menschen unter Berücksichtigung von Kräften und Flächenpressungen.
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Eine weitere Maßnahme der Reduzierung der Unfall- Verletzungsgefahr ist die Verwendung einer Sensorik, mittels der beispielsweise ein Mensch oder ein Objekt erfassbar und somit eine Kollision mit dem Roboter durch Anhalten oder Ausweichen des Roboters vermeidbar ist. Derartige Sensoren führen zu zusätzlichen Investitionskosten und können leicht ausfallen, beispielsweise durch Verschmutzung oder Beschädigung, so dass ein zuverlässiges Detektieren von Menschen bzw. Objekten nicht mehr gewährleistet ist. Wegen der Gefahr solcher Störungen ist ein erhöhter Wartungsaufwand erforderlich, um ein fehlerfreies Funktionieren der Sensoren sicherzustellen. Hierdurch werden zusätzliche Kosten durch Wartungsaufwand, Ersatzteile sowie Produktionsstillstandszeiten verursacht.
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Werkzeuge von Robotern aus MRK-Systemen sind häufig als Spezialwerkzeuge ausgebildet und weisen oftmals eine an einen konkreten Anwendungsfall angepasste Geometrie auf. Ein wesentlicher Aspekt für die Geometrie derartiger Werkzeuge ist die Reduzierung einer Verletzungsgefahr des Menschen. Daher weisen Werkzeugkanten oftmals Rundungen auf, sind potenziell gefährdende Bereiche, z.B. zur Vermeidung eines Einklemmens oder eines Berührens bewegter Teile, mit einer Abdeckung abgeschirmt oder kollisionsgefährdete Bereiche zur Dämpfung mit einer funktionalen Verkleidung, wie z.B. einem Schaumstoffteil, abgedeckt, da herkömmliche Werkzeuge aus Metall gefertigt sind und nur geringe Dämpfungseigenschaften aufweisen. Eine direkte Kollision eines Metallteils eines Werkzeugs mit einem Menschen kann daher zu schweren Verletzungen führen. Aus diesem Grund werden an derartige Schaumstoffteile hohe Anforderungen bezüglich ihrer Form sowie Dämpfungseigenschaften, insbesondere ortsabhängigen Dämpfungseigenschaften, gestellt, so dass die Herstellung sowie Montage derartiger funktionaler Verkleidungen sehr aufwändig sowie kostenintensiv ist.
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Aus dem Stand der Technik ist das additive Fertigen von speziell angepassten Hohlkammerstrukturen beispielsweise aus der
US 2015/ 0 101 899 A1 bekannt. Die
DE 10 2013 018 591 A1 beschreibt speziell angepasste Schutzvorrichtungen für Fertigungsvorrichtungen. Die
US 2015/ 0 119 479 A1 beschreibt die Herstellung digitaler Schäume als Multimaterialstruktur.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung, einem Schaumstoffteil sowie einer Fertigungsvorrichtung mit einer funktionalen Verkleidung zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung, ein Schaumstoffteil zur funktionalen Verkleidung zumindest eines Teilbereichs einer Fertigungsvorrichtung sowie eine Fertigungsvorrichtung, die eine funktionale Verkleidung mit einem Schaumstoffteil aufweist, zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise die Sicherheit eines MRK-Systems verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, ein Schaumstoffteil zur funktionalen Verkleidung zumindest eines Teilbereichs einer Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 sowie durch eine Fertigungsvorrichtung, die eine funktionale Verkleidung mit einem Schaumstoffteil aufweist, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schaumstoffteil sowie der erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung durch additives Erzeugen eines an den Teilbereich angepassten Schaumstoffteils mit einer Schaumstruktur aus einem Schaumwerkstoff. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen einer Bauvorrichtung zum additiven Aufbauen des Schaumstoffteils; und
- - Erzeugen des Schaumstoffteils durch gezieltes Erzeugen einer Schaumstruktur aus einem Grundwerkstoff mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, wobei die Schaumstruktur von Grundwerkstoff umgebene Poren aufweist.
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Ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens additiv erzeugtes Schaumstoffteil ist eine funktionale Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Bauvorrichtung zum additiven Aufbauen des Schaumstoffteils bereitgestellt. Eine Bauvorrichtung ist vorzugsweise als Bauplattform ausgebildet. Auf der Bauplattform ist das Schaumstoffteil mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aufbaubar. Alternativ kann auch der zu verkleidende Teilbereich der Fertigungsvorrichtung als Bauplattform dienen, wenn das Schaumstoffteil direkt an der Fertigungsvorrichtung erzeugt werden soll.
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Das Schaumstoffteil wird mittels eines additiven Fertigungsverfahrens aus einem Grundwerkstoff erzeugt. Dies kann mittels eines oder einer Kombination mehrerer unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren erfolgen. Beispielsweise kann das Schaumstoffteil mit der Schaumstruktur schichtweise durch Auftragen einer Grundwerkstoffschicht und gezieltem Aktivieren der Grundwerkstoffschicht, insbesondere gezieltes Aufschmelzen von Bereichen des Grundwerkstoffs, sowie Aushärten des Grundwerkstoffs erfolgen. Alternativ kann beispielsweise ein zähflüssiger Grundwerkstoff zu einer Schaumstruktur modelliert und anschließend ausgehärtet werden. Das erzeugte Schaumstoffteil weist eine Schaumstruktur aus einzelnen Strukturelementen aus Grundwerkstoff auf, die Poren bilden. Poren sind im Sinne der Erfindung offene und/oder geschlossene Kammern einer Schaumstruktur. Gezieltes Erzeugen bedeutet insbesondere, dass einzelne Strukturelemente der Schaumstruktur genau festgelegt sind und nicht, wie beispielsweise beim Aufschäumen eines vaporisierenden Werkstoffs, zufällig angeordnet sind. Somit ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Schaumstoffteilen mit unterschiedlichen Formen sowie verschiedenen Schaumstrukturen, wie z.B. Wabenstrukturen oder Gitterstrukturen, herstellbar.
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Ein Aktivieren des Grundwerkstoffs kann z.B. unter Verwendung von Wärme, Druck, Strahlung oder chemischer Stoffe bzw. Substanzen erfolgen. Vorzugsweise wird der Grundwerkstoff mittels eines Laserstrahls durch Einbringen von Wärmeenergie aktiviert. Durch das Aktivieren werden insbesondere physikalische Eigenschaften des Grundwerkstoffs verändert. Somit kann beim Aktivieren z.B. der Grundwerkstoff aufgeschmolzen werden. Durch eine anschließende Verfestigung des aktivierten Grundwerkstoffs wird ein zusammenhängendes Gefüge geschaffen. Beim chemischen Aktivieren wird der Grundwerkstoff gezielt mit einer Chemikalie beaufschlagt, so dass in den mit der Chemikalie beaufschlagten Bereichen eine chemische Reaktion hervorgerufen wird. Es kann vorgesehen sein, dass zum Auslösen bzw. für den Ablauf der chemischen Reaktion eine weitere Aktivierung, z.B. durch Wärmezufuhr, der beaufschlagten Bereiche erforderlich ist. In diesem Fall kann beispielsweise der komplette Grundwerkstoff mit Wärme beaufschlagt werden, wobei nur in den mit der Chemikalie beaufschlagten Bereichen die chemische Reaktion ausgelöst wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein Aktivieren und/oder Aushärten des Grundwerkstoffs mittels Lichtwellen, insbesondere UV-Strahlung, erfolgen. Hierfür wird vorzugsweise ein UV-Laser oder ein UV-Strahler eingesetzt.
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Der Grundwerkstoff weist vorzugsweise einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid, wie beispielsweise PA 12, PA2200, PA3200, auf. Grundwerkstoffe können zusätzlich Mineralfasern, wie beispielsweise bei Duraform HST, und/oder Polyolefine und/oder Aluminium und/oder Glas aufweisen. Alternative Grundwerkstoffe können auch thermoplastische Polymere, wie z.B. TPU (Desmosint), Polyurethane oder Acryl- und/oder Phenolharze aufweisen. Für Strahlschmelzen oder Lasersintern werden vorzugsweise Grundwerkstoffe in Pulverform oder als Granulat bereitgestellt.
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Das Schaumstoffteil wird durch gezieltes Erzeugen einer Schaumstruktur aus Grundwerkstoff erzeugt, wobei der Grundwerkstoff des fertigen Schaumstoffteils vorzugsweise ausgehärtet ist. Ausgehärtet bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass der Grundwerkstoff einen festen Aggregatzustand aufweist und somit zumindest kein makroskopisches Fließen unter Einsatztemperatur mehr stattfindet. Die Einsatztemperatur ist eine maximale Temperatur an dem Teilbereich der Fertigungsvorrichtung während des Einsatzes bzw. des Betriebs der Fertigungsvorrichtung. Eine derartige Schaumstruktur aus Grundwerkstoff ist vorzugsweise flexibel und weist eine Kompressibilität auf. Vorzugsweise weist die Schaumstruktur eine Elastizität auf, die bei einer Deformation des Schaumstoffteils um bis zu 10%, vorzugsweise um bis zu 25%, insbesondere bevorzugt um bis zu 50%, ein elastisches Zurückfedern des deformierten Schaumstoffteils ermöglicht.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Versteifungsstruktur in die Schaumstruktur integriert wird, die beispielsweise zweidimensional oder dreidimensional ausgebildet ist. Beim Erzeugen der Versteifungsstruktur wird der Grundwerkstoff ebenfalls gezielt aktiviert, wobei eine Versteifungsstruktur erzeugt wird, die die Schaumstruktur überlagert. Die Schaumstruktur mit Versteifungsstruktur weist eine höhere Steifigkeit als die Schaumstruktur ohne Versteifungsstruktur auf. Das bedeutet beispielsweise, dass zumindest einige Strukturelemente der Schaumstruktur mit Versteifungsstruktur eine größere Dicke als Strukturelemente der Schaumstruktur ohne Versteifungsstruktur aufweisen und/oder derart angeordnet sind, dass die Schaumstruktur mit Versteifungsstruktur eine stärkere gegenseitige Abstützung der Strukturelemente als die Schaumstruktur ohne Versteifungsstruktur aufweist. Die Schaumstruktur weist somit in Bereichen der Versteifungsstruktur eine höhere Steifigkeit als in Bereichen ohne Versteifungsstruktur auf. Beim Erzeugen der Versteifungsstruktur wird die Grundwerkstoff vorzugsweise häufiger und/oder länger und/oder mit einer höheren Intensität des Laserstrahls als beim Erzeugen der übrigen Schaumstruktur belichtet. Eine Versteifungsstruktur hat den Vorteil, dass mechanische Eigenschaften des Schaumstoffteils optimal an mechanische Anforderungen an das Schaumstoffteil anpassbar sind. Auf diese Weise ist eine funktionale Verkleidung besonders stark gefährdeter bzw. belasteter Bereiche des Werkzeugs bzw. des Roboters verbesserbar.
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Die Schaumstruktur und die Versteifungsstruktur werden vorzugsweise in einem gemeinsamen Arbeitsschritt erzeugt. Hierfür ist eine entsprechende Steuerung der Aktivierung, z.B. eines Lasers, erforderlich, die eine Überlagerung eines Aktivierungsdatensatzes zur Erzeugung der Schaumstruktur mit einem Aktivierungsdatensatzes der Versteifungsstruktur umsetzt. Ein Aktivierungsdatensatz enthält konkreten Anweisungen, welche Bereiche des Grundwerkstoffs auf welche Weise, z.B. mit welcher Intensität, Aktivierungszeit, oder Temperatur, aktiviert wird. Für jede zu erzeugende Struktur, wie z.B. die Schaumstruktur und die Versteifungsstruktur, ist ein spezifischer Aktivierungsdatensatz erforderlich. Das Aktivieren von Schaumstruktur und Versteifungsstruktur in einem gemeinsamen Arbeitsschritt hat den Vorteil, dass alle zu aktivierenden Bereiche nur einmal aktiviert werden müssen, um die Schaumstruktur und die Versteifungsstruktur zu erzeugen. Das Risiko einer übermäßigen Belastung des Grundwerkstoffs ist somit reduzierbar. Überdies kann hierdurch die Fertigungszeit des Schaumstoffteils reduziert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung hat den Vorteil, dass auf kostengünstige Weise sowie mit einfachen Mitteln eine optimierte funktionale Verkleidung für eine Fertigungsvorrichtung erzeugbar ist. Die funktionale Verkleidung weist mechanische Eigenschaften auf, die hinsichtlich mechanischer Anforderungen an eine funktionale Verkleidung für die Fertigungsvorrichtung mittels des erfinderischen Verfahrens optimierbar bzw. optimiert sind. Die funktionale Verkleidung ist insbesondere leicht an eine Form des zu verkleidenden Teilbereichs der Fertigungsvorrichtung anpassbar. Hierdurch kann z.B. neben der Herstellung auch eine Montage der funktionalen Verkleidung verbessert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Erzeugen der Schaumstruktur eine Form des zu verkleidenden Teilbereichs der Fertigungsvorrichtung ermittelt. Die funktionale Verkleidung bzw. das Schaumstoffteil wird dann gemäß der ermittelten Form der Fertigungsvorrichtung erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass kostengünstig sowie mit einfachen Mitteln und ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Formgebungswerkzeuge individuelle funktionale Verkleidungen herstellbar sind, die optimal an eine Geometrie des zu verkleidenden Teilbereichs der Fertigungsvorrichtung, wie z.B. Kanten, Ecken, Hinterschneidungen, Fasen oder dergleichen, angepasst sind.
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Vorzugsweise wird das Schaumstoffteil mit einem Formschlussabschnitt erzeugt, wie z.B. einer hintergreifenden Feder, der beim Montieren die Fertigungsvorrichtung hintergreift und somit das Schaumstoffteil an der Fertigungsvorrichtung hält. Hierdurch wird eine Montage verbessert. Zusätzlich oder alternativ weist das erzeugte Schaumstoffteil einen Montageabschnitt auf, der beispielsweise zum Durchführen eines Montagemittels, wie z.B. einer Schraube, ausgebildet ist. Ein Fixieren des Schaumstoffteils an der Fertigungsvorrichtung wird somit erleichtert.
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Weiter bevorzugt erfolgt das Ermitteln der Form mittels einer 3D-Laserabtastvorrichtung. Ein derartiges Verfahren weist eine sehr hohe Präzision auf. Ferner sind von der 3D-Laserabtastvorrichtung generierte Daten der Form zur Erzeugung des Schaumstoffteils direkt verwendbar. Hierdurch können Fertigungskosten sowie Fertigungszeit des Schaumstoffteils reduziert sowie die Qualität des Schaumstoffteils verbessert werden.
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Es ist bevorzugt, dass das Schaumstoffteil mit einer Innenform erzeugt wird, die der Form des zu verkleidenden Teilbereichs entspricht. Das Schaumstoffteil ist somit optimal an die Fertigungsvorrichtung angepasst und ist somit beispielsweise auf den Teilbereich aufsteckbar. Hierdurch wird eine Montage des Schaumstoffteils verbessert.
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Vorzugsweise wird das Schaumstoffteil mit variierenden Dicken erzeugt. Dabei wird das Schaumstoffteil vorzugsweise derart erzeugt, dass das Schaumstoffteil an Bereiche der Fertigungsvorrichtung mit besonders hohem Gefährdungspotenzial eine besonders große Dicke und an Bereichen mit geringerem Gefährdungspotenzial eine geringere Dicke aufweist. Das Gefährdungspotenzial ist insbesondere von einer maximalen relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Teils der Fertigungsvorrichtung zum Menschen und/oder einer Kollisionswahrscheinlichkeit mit dem Menschen abhängig. Variierende Dicken haben den Vorteil, dass kostengünstig sowie mit einfachen Mitteln ein Schaumstoffteil erzeugbar ist, das eine verbesserte funktionale Verkleidung des Teilbereichs der Fertigungsvorrichtung bietet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden beim Erzeugen der Schaumstruktur Glaskugeln und/oder Glashohlkugeln in die Schaumstruktur integriert. Beim gezielten Erzeugen der Schaumstruktur werden beispielsweise Glaskugeln bzw. Glashohlkugeln formschlüssig in die Schaumstruktur eingebunden, vorzugsweise vor dem Härten bzw. Erstarren des Grundwerkstoffs. Vorzugsweise werden dabei Außenflächen der Glaskugeln bzw. Glashohlkugeln vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig mit Grundwerkstoff benetzt. Glaskugeln und Glashohlkugeln haben den Vorteil, dass eine höhere Grundsteifigkeit der Schaumstruktur erzielbar ist. Überdies haben Glashohlkugeln den Vorteil, dass durch ein gezieltes Zerstören der Glashohlkugeln eine verringerte Steifigkeit des Schaumstoffteils im Bereich der zerstörten Glashohlkugeln erzielbar ist, da die zerstörten Glaskugeln entsprechende Freiräume bzw. Poren in der Schaumstruktur hinterlassen. Ferner können Glashohlkugeln zur einmaligen Absorption von Kollisionskräften dienen.
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Vorzugsweise wird das Schaumstoffteil durch Erzeugung einer inhomogenen Schaumstruktur erzeugt, so dass das erzeugte Schaumstoffteil Bereiche mit einer anderen Flexibilität und/oder anderen Dämpfungseigenschaften als andere Bereiche aufweist. Durch eine inhomogene Schaumstruktur sind Schaumstoffteile mit inhomogenen mechanischen Dämpfungseigenschaften erzeugbar. Dies hat den Vorteil, dass Dämpfungseigenschaften sowie Verschleißbeständigkeit des Schaumstoffteils optimal an mechanische Anforderungen an das Schaumstoffteil anpassbar sind. Derartige Anforderungen sind beispielsweise von einer Werkzeug- bzw. Robotergeometrie, insbesondere Ecken und Kanten des Werkzeugs bzw. Roboters, abhängig. Die Schaumstruktur wird vorzugsweise derart erzeugt, dass das Schaumstoffteil gradierende Dämpfungseigenschaften, z.B. in Dickenrichtung und/oder zu Kanten und/oder Ecken des Schaumstoffteils hin, aufweist.
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Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die inhomogene Schaumstruktur derart erzeugt wird, dass verschiedene Bereiche des Schaums unterschiedliche Grundwerkstoffe aufweisen. Somit werden vorzugsweise beim Erzeugen der Schaumstruktur unterschiedliche Grundwerkstoffe mit unterschiedlichen chemischen und/oder mechanischen Eigenschaften verwendet, so dass das erzeugte Schaumstoffteil eine Schaumstruktur aufweist, die an verschiedenen Stellen unterschiedliche Grundwerkstoffe aufweist. Auf diese Weise sind beispielsweise Dämpfungseigenschaften des Schaumstoffteils beeinflussbar und Kosten durch Verwendung günstiger Grundwerkstoffe reduzierbar.
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Weiter bevorzugt wird die inhomogene Schaumstruktur derart erzeugt, dass verschiedene Bereiche des Schaumstoffteils Poren mit unterschiedlichen Porengrößen aufweisen. Bereiche mit großen Poren und dünnen Strukturelementen können beispielsweise eine größere Elastizität als Bereiche mit kleinen Poren und dicken Strukturelementen aufweisen. Derartige inhomogene Schaumstrukturen sind mittels eines additiven Fertigungsverfahrens leicht sowie mit einfachen Mitteln, ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Formgebungswerkzeuge und kostengünstig herstellbar und gewährleisten eine individuelle funktionale Verkleidung mit optimalen, anforderungsgerechten mechanischen Eigenschaften.
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Vorzugsweise wird eine Inhomogenität der Schaumstruktur in Abhängigkeit einer Anforderung an eine funktionale Verkleidung der Fertigungsvorrichtung bestimmt. Das Schaumstoffteil weist demnach beispielsweise Bereiche mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften aufgrund unterschiedlicher Grundwerkstoffe auf. Dies hat den Vorteil, dass das Schaumstoffteil mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig bedarfs- bzw. belastungsoptimiert herstellbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Schaumstoffteil direkt auf dem Teilbereich der Fertigungsvorrichtung erzeugt wird. Hierfür wird der Teilbereich beispielsweise an einer Vorrichtung zum additiven Erzeugen des Schaumstoffteils angeordnet und dient somit als Bauvorrichtung zum Aufbauen des Schaumstoffteils. Das Erzeugen der Schaumstruktur erfolgt demnach direkt auf der Fertigungsvorrichtung. Das hat den Vorteil, dass das Schaumstoffteil optimal an die Fertigungsvorrichtung angepasst ist und eine zusätzliche Montage des Schaumstoffteils an der Fertigungsvorrichtung nicht mehr erforderlich ist.
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Weiter bevorzugt wird zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung zum additiven Erzeugen des Schaumstoffteils an der Fertigungsvorrichtung angeordnet. Eine derartige Vorrichtung ist eine mobile Vorrichtung, die somit zum additiven Erzeugen von Schaumstoffteilen vielseitig einsetzbar ist. Neben einer Neuerzeugung eines Schaumstoffteils können somit auch defekte bzw. verschlissene Schaumstoffteile repariert werden, indem die defekten bzw. verschlissenen Stellen durch Neuerzeugung einer Schaumstruktur abgedeckt werden. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf kostengünstige Weise ein Schaumstoffteil an einer Fertigungsvorrichtung erzeugbar bzw. reparierbar ist.
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Das gezielte Erzeugen der Schaumstruktur aus Grundwerkstoff erfolgt vorzugsweise durch Strahlschmelzen und/oder Lasersintern und/oder Stereolithographie und/oder Strangablegen und/oder andersartiger additiver Fertigungsverfahren. Mittels derartiger additiver Fertigungsverfahren sind Schaumstoffteile mit nahezu beliebigen Ausbildungen sowie mit lokal variierbaren mechanischen Eigenschaften herstellbar. Lokal variierbare mechanische Eigenschaften bedeutet beispielsweise, dass ein Bereich eine verbesserte Elastizität, Dämpfung, Steifigkeit oder Verschleißbeständigkeit als ein anderer Bereich der Schaumstruktur aufweist. Ferner ermöglichen diese Verfahren ein besonders genaues Erzeugen der Strukturelemente der Schaumstruktur mit einfachen Mitteln sowie auf kostengünstige Weise.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Schaumstoffteil zur funktionalen Verkleidung zumindest eines Teilbereichs einer Fertigungsvorrichtung, aufweisend eine Innenform, die zur Anordnung an den Teilbereich der Fertigungsvorrichtung ausgebildet ist. Das Schaumstoffteil ist nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Bei dem beschriebenen Schaumstoffteil ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung durch additives Erzeugen eines an den Teilbereich angepassten Schaumstoffteils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Fertigungsvorrichtung, aufweisend mindestens einen bewegbaren Abschnitt, wobei zumindest ein Teilbereich des bewegbaren Abschnitts der Fertigungsvorrichtung mit einem Schaumstoffteil ummantelt und das Schaumstoffteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Bei der beschriebenen Fertigungsvorrichtung ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung durch additives Erzeugen eines an den Teilbereich angepassten Schaumstoffteils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Vorzugsweise ist die Fertigungsvorrichtung ausgebildet, eine Kollision des Teilbereichs mit einem Gegenstand und/oder einem Menschen zu detektieren. Da der Teilbereich der Fertigungsvorrichtung das erfindungsgemäße Schaumstoffteil aufweist, das im Kollisionsfall komprimiert wird, treten bei einer Kollision am Anfang zunächst wesentlich geringere Kollisionskräfte als bei einer Kollision ohne Schaumstoffteil auf. Die Kollisionskräfte steigen mit steigender Kompression des Schaumstoffteils relativ flach an. Bei einer herkömmlichen Fertigungsvorrichtung ohne Schaumstoffteil treten hingegen unmittelbar nach der Kollision bereits wesentlich höhere bzw. maximale Kollisionskräfte auf, da keine Dämpfung durch ein Schaumstoffteil vorhanden ist.
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Vorzugsweise ist die Fertigungsvorrichtung daher ausgebildet, bereits am Anfang einer Kollision auftretende, wegen der Kompression des Schaumstoffteils relativ geringe Kollisionskräfte zu detektieren und eine Bewegung des Teilbereichs bei detektierter Kollision direkt zu stoppen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Fertigungsvorrichtung wesentlich erhöht. Ferner ist die Fertigungsvorrichtung somit mit einer höheren Geschwindigkeit betreibbar, da ein Anhalten der Fertigungsvorrichtung bei geringeren Kollisionskräften auslösbar ist und maximal auftretende Kollisionskräfte geringer ausfallen als bei herkömmlichen Fertigungsvorrichtungen ohne Schaumstoffteil.
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Ein erfindungsgemäßes Schaumstoffteil zur funktionalen Verkleidung zumindest eines Teilbereichs einer Fertigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer funktionalen Verkleidung für zumindest einen Teilbereich einer Fertigungsvorrichtung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Draufsicht ein Roboterarm einer Fertigungsvorrichtung mit daran angeordnetem Schaumstoffteil,
- 2 in einer Frontansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaumstoffteils,
- 3 in einer Schnittdarstellung das Schaumstoffteil aus 2, und
- 4 in einem Flussdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Roboterarm 7 einer Fertigungsvorrichtung in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Ein mittlerer Teilbereich 1 des Roboterarms 7 weist einen Versatz auf, an dem ein erfindungsgemäßes Schaumstoffteil 2 passgenau angeordnet ist. Der Teilbereich 1 ist beispielsweise ein Bereich des Roboterarms 7, der im Betrieb der Fertigungsvorrichtung ein hohes Kollisionsrisiko mit einem Menschen aufweist und daher zur Absicherung eine funktionale Verkleidung erfordert.
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Das Schaumstoffteil 2 weist eine Innenkontur 5 auf, die einer Form 4 des Teilbereichs 1 entspricht, so dass der Teilbereich 1 optimal mit dem Schaumstoffteil 2 verkleidet ist und das Schaumstoffteil 2 einen guten Halt an dem Teilbereich 1 aufweist. Ferner weist das Schaumstoffteil 2 eine Dicke 6 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel über das gesamte Schaumstoffteil 2 konstant bzw. im Wesentlichen konstant ausgebildet ist. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass das Schaumstoffteil 2 an besonders kollisionsgefährdeten Bereichen und/oder besonders gefährlichen Bereichen des Teilbereichs 1, wie z.B. Ecken und Kanten, eine größere Dicke 6 aufweist, um besseren Schutz bzw. eine bessere Dämpfung zu bieten.
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In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaumstoffteils 2 in einer Frontansicht schematisch abgebildet, wobei ein vorderer als Flansch 10 ausgebildeter Bereich des Schaumstoffteils 2 erkennbar ist. Das Schaumstoffteil 2 weist eine Schaumstruktur 3 auf, die in diesem Beispiel gitterförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von Poren 11 aufweist. Alternative Schaumstrukturen 3 können beispielsweise wabenförmig oder porenförmig mit kugelförmigen Kammern ausgebildet sein. Ferner weist das Schaumstoffteil 2 eine Ausnehmung 8 mit einer Innenkontur 5 und einem rechteckigen Querschnitt auf. Über die Ausnehmung 8 ist das Schaumstoffteil 2 beispielsweise auf einen Teilbereich 1 eines nicht dargestellten Roboterarms 7 aufschiebbar. Ferner weist das Schaumstoffteil 2 drei Durchführungen 9 mit rundem Querschnitt auf, durch die Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben oder Bolzen zum Befestigen des Schaumstoffteils 2 an der Fertigungsvorrichtung durchsteckbar sind. Die verschiedenen Seiten des Schaumstoffteils 2 weisen unterschiedliche Dicken 6 auf, die auf den jeweiligen Seiten - abgesehen von dem Flansch 10 - konstant bzw. im Wesentlichen konstant ausgebildet sind.
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In 3 ist das Schaumstoffteil 2 aus 2 in einer Seitenansicht sowie einer Schnittdarstellung schematisch abgebildet. In dieser Darstellung ist der Flansch 10 des Schaumstoffteils 2 gut erkennbar. Der Flansch 10 ist beispielsweise an der Fertigungsvorrichtung zum Anliegen bringbar. Somit ist eine korrekte Montage des Schaumstoffteils 2 an der Fertigungsvorrichtung erleichtert. In dieser Ansicht ist ebenfalls gut erkennbar, dass die Dicke 6 des Schaumstoffteils 2 - abgesehen von dem Flansch 10 - auf jeder Seite des Schaumstoffteils 2 konstant bzw. im Wesentlichen konstant ausgebildet ist. Bei dem in 2 und 3 dargestellten Schaumstoffteil 2 handelt es sich lediglich um ein Beispiel. Erfindungsgemäß kann das Schaumstoffteil 2 nahezu jeder beliebigen Form 4 eines Teilbereichs 1 einer Fertigungsvorrichtung angepasst sein und somit eine beliebige Innenkontur 5 sowie Außenkontur 11 aufweisen.
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In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flussdiagramm schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Form 4 eines Teilbereichs 1 einer Fertigungsvorrichtung ermittelt, z.B. mittels einer 3D-Laserabtastvorrichtung. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird eine Bauvorrichtung zum additiven Aufbauen des Schaumstoffteils 2 bereitgestellt. Die Bauvorrichtung ist beispielsweise als Bauplattform ausgebildet und ermöglicht ein schichtweises Erzeugen der Schaumstruktur des Schaumstoffteils mit einer nahezu beliebigen geometrischen Ausbildung. In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird das Schaumstoffteil 2 durch Erzeugen der Schaumstruktur mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Hierbei wird die Schaumstruktur vorzugsweise derart hergestellt, dass diese in Bezug auf eine erforderliche funktionale Verkleidung der Fertigungsvorrichtung bedarfsgerecht ausgebildet ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass einige Bereiche mit besonders hoher Kollisionswahrscheinlichkeit mit einem Menschen eine Schaumstruktur 3 mit besonders guten Absorptions- bzw. Dämpfungseigenschaften aufweisen. Bereiche an scharfen Kanten und Ecken weisen vorzugsweise zum Schutz vor Beschädigungen des Schaumstoffteils 2 durch diese Kanten bzw. Ecken eine besonders hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere Festigkeit auf. In einem vierten Verfahrensschritt 400 wird das fertige Schaumstoffteil 2 an dem Teilbereich 1 der Fertigungsvorrichtung montiert. Hierbei wird das Schaumstoffteil 2 beispielsweise mittels mindestens einer Rastnase und/oder mindestens einer Schraube an der Fertigungsvorrichtung fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Teilbereich
- 2
- Schaumstoffteil
- 3
- Schaumstruktur
- 4
- Form
- 5
- Innenform
- 6
- Dicke
- 7
- Roboterarm
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Durchführung
- 10
- Flansch
- 11
- Pore
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
