Nordamerika: Digitales Design und Automatisierung beeinflussen die Produktivität beim Spritzguss

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Zu den Trends, die die nordamerikanische Kunststoffindustrie prägen, gehören der verstärkte Einsatz moderner Software für digitales Design und Produktion sowie die zunehmende Automatisierung der Produktion. Aktuelle Entwicklungen verschaffen Unternehmen in der gesamten Produktionskette neue Möglichkeiten zur Optimierung der Betriebsabläufe, Verkürzung der Time-to-Market und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit.

Zwar spielt Software schon seit Langem eine Rolle in der Produkt- und Formentwicklung, und die Automatisierung war von jeher eine Möglichkeit zur Steigerung der Produkteffizienz. Im Gegensatz zu früher bietet Design-Software heute jedoch häufig Hightech-Funktionen wie 3-D-Simulation und -Analyse oder sogar VR-Optionen (Virtuelle Realität). Diese Möglichkeiten unterstützen die Anwender bei der Entwicklung und schnellen Optimierung der Produzierbarkeit von Teilen und Formen, noch bevor Geld in den Stahlzuschnitt geflossen ist.

Der Automatisierungstrend betrifft hauptsächlich Formhersteller, die immer preisgünstiger werdende Roboter in ihre Produktionslinien integrieren. Über viele Jahre waren Roboter große, spezialisierte Systeme, die teuer in der Anschaffung waren und Fachwissen für die Programmierung erforderten. Eine Art „Demokratisierung der Automatisierung“ hat inzwischen jedoch die Kosten vieler Roboter sinken lassen, sodass sie immer erschwinglicher werden. Auch die Programmierung wird einfacher – in vielen Fällen kann dies über ein Smartphone oder Tablet erfolgen. Ein weiterer großer Entwicklungsschritt sind so genannte „kollaborative Roboter“, die neben menschlichen Arbeitskräften sicher betrieben werden können und einfach zu programmieren sind.

Die Zuwächse bei Designsoftware und Robotertechnik werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Einer dieser Faktoren ist die digitale Revolution, die die Vernetzung von Maschinen und Daten innerhalb einer Fabrik fördert. Ein weiterer ist der zunehmende Einsatz moderner Materialien, die scheinbar widersprüchliche Eigenschaften zusammenführen, wie beispielsweise hohe Festigkeit und geringes Gewicht. Da das Potenzial dieser Materialien häufig nur mit unkonventionellen Designs ausgeschöpft werden kann, brauchen die Entwickler Software, mit der sie innovative Formen erstellen.

Design neu denken

Die meisten Roboter am Markt sind schnell und liefern reproduzierbare und gleichmäßige Ergebnisse. Und sie arbeiten aus Sicherheitsgründen getrennt vom Bedienpersonal. „Ein robuster Roboter, der sich schnell bewegen kann, ist nicht geeignet für die Arbeit neben Menschen“, sagt Sonny Morneault, U.S. National Sales Manager bei Wittmann Battenfeld. Die Firma verkauft Roboter und Primärausrüstungen wie Spritzgießmaschinen. Morneault sieht eine wachsende Nachfrage nach Robotern. Meist geht es dabei um Hilfssysteme zur Platzierung von Einsätzen in Formen oder die Etikettierung und Hochgeschwindigkeitsentnahme von Teilen.

Es gibt zudem einen Trend in Richtung kollaborative Roboter – leichte Plattformen für die Montage, Beladung und Entnahme sowie Verpackung, die sicher mit Menschen interagieren. Einige wenige Unternehmen stellen solche Roboter her. Zu ihnen gehört auch Rethink Robotics mit zwei Modellen, Baxter und Sawyer. Sie sind kostengünstig und leicht und werden programmiert, indem man ihnen Armbewegungen „beibringt“ und an einem Steuergerät die Eingabetaste drückt. Baxter verfügt über zwei Arme mit 7 Freiheitsgraden, Sawyer hat einen Arm mit 7 Freiheitsgraden. Beide können bis zu 4 kg heben.

Die Roboter können von Mitarbeitern einfach durch das Werk gerollt werden. Zu den Funktionen gehören: Positionserkennung und automatische Einrichtung für Aufgaben; federgetriebene Aktuatoren zur Kraftregelung, Armsensoren, die den Federweg während der Bewegung messen und den Armmotor entsprechend anpassen, sowie Selbstprogrammierung. Sie haben zudem Sensoren, die erfassen, wenn ein Mitarbeiter ihnen zu nahe kommt – wenn das der Fall ist, wird der Roboterbetrieb gestoppt. Laut dem Unternehmen amortisieren sich die Roboter in der Regel binnen weniger Monate.

Herkömmliche Roboter werden vielseitiger. Ein von Morneault genannter Bereich ist das Sammeln und Übertragen von Produktionsdaten. Er merkt jedoch an, dass diese Technologie bei wenigen Kunden und dann auch nur für interne Zwecke zum Einsatz kommt.

Fortschritte bei Designsoftware und Robotertechnik sind nur ein kleiner Ausschnitt der aktuellen Aktivitäten in der nordamerikanischen Kunststoffindustrie. Ihre Wirkung und die Potenziale, die sie schaffen für Entwicklungen, sind jedoch erheblich. Diese Möglichkeiten, die auf der K 2016 präsentiert werden, sind möglicherweise der Grundstein für Produktivitätssteigerungen und Kosteneinsparungen, die in der Industrie auch zukünftig gefordert sein werden.

Design- und Formsimulationen

Ein weiterer Anbieter von moderner Software ist Dassault Systèmes. Mit seinen 3-D-Simulationsprogrammen wie Catia, Material-Software wie Solidworks und Delmia, einem „Digital-Twin-Programm“ für den Bau von Produktionslinien, bietet Dassault integrierte Lösungen, die die Produktentwicklungszeit reduzieren – bei Solidworks zum Beispiel um 20 bis 50 %, sagt Lotfi Derbal, Senior Product Portfolio Manager.

Solidworks ermöglicht Simulationen, in denen Teile getestet und optimiert werden können, bevor in Formen und Produktion investiert wird. Bei der Formentwicklung können die Entwickler laut Derbal Kühlkanäle testen, Komponenten austarieren, das Fließverhalten in der Form überprüfen und die Teilequalität bewerten.

Catia bietet prozessorientierte 3-D-Simulationsprogramme, wie Fabrice Agnes, Engineering Portfolio Management Director bei Catia, erklärt. Dazu gehören Plastic Mechanical Designer, das schnelle Iterationen von Designs ermöglicht, Merkmale wie Gitter, Rippen, Verstärkungen und Bossen kompensiert und zeigt, wie Modifikationen sich auf Füll- und Fließvorgänge und andere Arbeitsschritte auswirken. Eine andere Anwendung, Mold and Tooling Designer, ermöglicht das Experimentieren mit Einsätzen, Ausstoßern, Kühlsystemen, Trennlinien, Trennebenen und anderen Formmerkmalen.

Eine aktuelle Entwicklung, die möglicherweise auf der K 2016 gezeigt wird, ist Functional Generative Designer: Die Software ermöglicht die Optimierung des Kühlsystems einer Form, egal ob sie durch herkömmliche Bearbeitung oder durch generative Fertigungsverfahren (3-D-Druck) hergestellt wird, um die Teileproduktion und -eigenschaften zu verbessern.

„Kollegiale“ Roboter

Die meisten Roboter am Markt sind schnell und liefern reproduzierbare und gleichmäßige Ergebnisse. Und sie arbeiten aus Sicherheitsgründen getrennt vom Bedienpersonal. „Ein robuster Roboter, der sich schnell bewegen kann, ist nicht geeignet für die Arbeit neben Menschen“, sagt Sonny Morneault, U.S. National Sales Manager bei Wittmann Battenfeld. Die Firma verkauft Roboter und Primärausrüstungen wie Spritzgießmaschinen. Morneault sieht eine wachsende Nachfrage nach Robotern. Meist geht es dabei um Hilfssysteme zur Platzierung von Einsätzen in Formen oder die Etikettierung und Hochgeschwindigkeitsentnahme von Teilen.

Es gibt zudem einen Trend in Richtung kollaborative Roboter – leichte Plattformen für die Montage, Beladung und Entnahme sowie Verpackung, die sicher mit Menschen interagieren. Einige wenige Unternehmen stellen solche Roboter her. Zu ihnen gehört auch Rethink Robotics mit zwei Modellen, Baxter und Sawyer. Sie sind kostengünstig und leicht und werden programmiert, indem man ihnen Armbewegungen „beibringt“ und an einem Steuergerät die Eingabetaste drückt. Baxter verfügt über zwei Arme mit 7 Freiheitsgraden, Sawyer hat einen Arm mit 7 Freiheitsgraden. Beide können bis zu 4 kg heben.

Die Roboter können von Mitarbeitern einfach durch das Werk gerollt werden. Zu den Funktionen gehören: Positionserkennung und automatische Einrichtung für Aufgaben; federgetriebene Aktuatoren zur Kraftregelung, Armsensoren, die den Federweg während der Bewegung messen und den Armmotor entsprechend anpassen, sowie Selbstprogrammierung. Sie haben zudem Sensoren, die erfassen, wenn ein Mitarbeiter ihnen zu nahe kommt – wenn das der Fall ist, wird der Roboterbetrieb gestoppt. Laut dem Unternehmen amortisieren sich die Roboter in der Regel binnen weniger Monate.

Herkömmliche Roboter werden vielseitiger. Ein von Morneault genannter Bereich ist das Sammeln und Übertragen von Produktionsdaten. Er merkt jedoch an, dass diese Technologie bei wenigen Kunden und dann auch nur für interne Zwecke zum Einsatz kommt.

Fortschritte bei Designsoftware und Robotertechnik sind nur ein kleiner Ausschnitt der aktuellen Aktivitäten in der nordamerikanischen Kunststoffindustrie. Ihre Wirkung und die Potenziale, die sie schaffen für Entwicklungen, sind jedoch erheblich. Diese Möglichkeiten, die auf der K 2016 präsentiert werden, sind möglicherweise der Grundstein für Produktivitätssteigerungen und Kosteneinsparungen, die in der Industrie auch zukünftig gefordert sein werden.

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