Hintergrund des Projekts
Mit dem schnellen Wachstum des Marktes für Service-Roboter werden humanoide Roboter aufgrund ihres guten Interaktionspotenzials sowie ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Einsatzszenarien zu einem Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung. Doch die Struktur humanoider Roboter ist äußerst komplex – Kopf, Rumpf und Gliedmaßen weisen zahlreiche unregelmäßige Oberflächen sowie interne Leitungen und Gelenkverbindungen auf. Herkömmliche Spritzgusstechniken und Bearbeitungsmethoden weisen dabei hohe Kosten für die Herstellung der Formen, lange Produktionszeiten sowie Schwierigkeiten bei Designänderungen auf.
Wenn Kunden neue Generationen von humanoiden Service-Robotern entwickeln, lassen sich viele der notwendigen integrierten Gelenkgehäuse sowie Gesichtsstrukturen nicht mit herkömmlichen Methoden kostengünstig und schnell herstellen. Die Kosten für die Herstellung von Prototypen in kleinen Stückzahlen sind hoch, und jedwede Designänderung erfordert erneute Formherstellung. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Produktentwicklung stark verlangsamt, wodurch es schwierig ist, schnell auf Veränderungen im Marktbedarf zu reagieren.
Lösungen und Projektergebnisse
Um die Herausforderungen bei der Entwicklung von humanoiden Robotern zu bewältigen, nutzen wir fortschrittliche 3D-Druck-Technologien zur schnellen Entwicklung und Serienfertigung von Roboterkomponenten:
1.Optimiertes Design der Struktur:** Durch topologische Optimierung der komplexen Oberflächen sowie der inneren Strukturen des Roboters können mehrere separate Teile zu einer einheitlichen Struktur zusammengeführt werden. Dadurch werden Schrauben, Verbindungsstellen usw. reduziert – was wiederum die Stabilität der Struktur sowie die Ästhetik verbessert.
2.Anpassung an verschiedene Materialanforderungen:** Je nach Funktion der einzelnen Komponenten werden hochfestes Engineering-Kunststoffe, hitzebeständige Materialien sowie Materialien mit hoher Oberflächenqualität verwendet. So wird sowohl die Strukturstärke als auch die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung sowie die ästhetische Qualität gewährleistet – was für einen langfristigen Betrieb des Roboters notwendig ist.
3.Hochpräziser 3D-Druck:** Mit industrietauglicher Lichthärtungs-3D-Drucktechnologie können komplexe Oberflächen, integrierte Leitungen sowie versteckte Befestigungspunkte direkt hergestellt werden. Dadurch entfallen weitere Bearbeitungsschritte – die Oberflächenqualität ist hoch, sodass die Komponenten direkt für Tests und Präsentationen verwendet werden können.
4.Komplette Nachbearbeitung:** Es werden alle notwendigen Nachbearbeitungsdienstleistungen angeboten – wie Schleifen, Polieren, Sprühen und Siebdrucken – damit die Oberfläche des Roboterkorpus eine einheitliche Qualität aufweist und den Anforderungen kommerzieller Produkte entspricht.
5.Schnelles Iterationsverfahren:** Ein geschlossener Prozess aus „Design – Drucken – Montage-Test – Anpassung“ ermöglicht es Kunden, die Designs schnell anzupassen. Neue Prototypen können bereits innerhalb von 24–48 Stunden bereitgestellt werden.
Nach der Umsetzung des Projekts verringerte sich die Anzahl der wesentlichen Bauteile der humanoiden Roboter erheblich, wodurch auch das Gesamtgewicht sank. Dadurch verbesserten sich die Laufzeit sowie die Bewegungsfreiheit des Roboters. Die Entwicklungszeit für Prototypen mit einem Rad wurde von den üblichen 30 Tagen auf weniger als 5 Tage verkürzt – dadurch konnten Kunden schneller zur dritten Generation der Roboter übergehen. Die Kosten für die Herstellung in kleinen Serien sanken, wodurch die Kosten für die Erstellung von Formen sowie Änderungen am Design deutlich reduziert wurden. Dadurch sanken auch die Risiken im Forschungs- und Entwicklungsprozess. Das Erscheinungsbild des Produkts entsprach den kommerziellen Standards, sodass es problemlos in verschiedenen kommerziellen Umgebungen wie Hotels, Ausstellungshallen und Verwaltungsgebäuden eingesetzt werden konnte. Es gelang außerdem, einen reibungslosen Übergang von der Prototypenphase zur Serienproduktion zu schaffen, was eine langfristige Zusammenarbeit ermöglichte.