I produttori generalmente devono offrire prodotti di alta qualità a prezzi bassi per rimanere competitivi. Tre istituti Fraunhofer stanno quindi lavorando alla prossima generazione di robot industriali che faciliteranno processi di produzione convenienti. I ricercatori si stanno concentrando sullo sviluppo di una nuova cinematica per la fresatura di materiali leggeri, metalli, e acciai. L'obiettivo:raggiungere una tolleranza di produzione di soli 0,1 millimetri su tutta l'area di lavoro del robot a partire dal primissimo componente.

Sempre più consumatori richiedono prodotti su ordinazione, prodotti personalizzati. Gli impianti di produzione di domani dovranno essere efficienti e versatili se sperano di soddisfare requisiti sempre più stringenti e le esigenze specifiche di ciascun cliente, il tutto controllando la pressione dei costi crescenti. Le macchine utensili di alta precisione che conferiscono una certa forma geometrica ai pezzi rimangono la soluzione preferita. I robot industriali convenzionali sono semplicemente incapaci, a causa della loro scarsa precisione, soppiantare tali macchine utensili. L'utilizzo di robot per le operazioni di fresatura rimane particolarmente impegnativo. Principalmente a causa dei riduttori, la bassa rigidità del robot devia l'utensile, riducendone l'attrattiva per l'uso. Infatti, il personale di produzione deve rispettare tolleranze di produzione estremamente ristrette ogni volta che lavorano materiali leggeri, come alluminio o plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP), così come i metalli, e acciai.

Produzione su misura, anche per un lotto di uno

I ricercatori che lavorano al progetto di ricerca congiunto "Flexmatik 4.1" di Fraunhofer (vedi riquadro) stanno sviluppando un robot industriale progettato per la fresatura ad alta precisione di materiali leggeri. I partner del progetto sono i Fraunhofer Institutes for Production Systems and Design Technology IPK, per la tecnologia di produzione e i materiali avanzati IFAM, e per la durabilità strutturale e l'affidabilità del sistema LBF. I ricercatori devono rivedere la cinematica se si vuole che il robot abbia successo. Sascha Reinkober, capo dipartimento presso Fraunhofer IPK, spiega:"Stiamo progettando una catena cinematica multiasse progettata appositamente per i processi a percorso continuo". Il robot procede dal punto A al punto B del componente in lavorazione percorrendo un'unità lineare, un tipo di rotaia. "Le simulazioni di sistema che abbiamo condotto durante la fase di progettazione indicano che possiamo raggiungere un obiettivo di precisione di più/meno 0,1 millimetri. Ciò sarà possibile a partire dal primissimo componente, nonostante le forze di processo che agiscono su di esso. I produttori possono quindi personalizzare la produzione, anche per un lotto di una sola unità, "dice Jan Hansmann, capo progetto presso Fraunhofer LBF. "Sotto l'esposizione delle forze di processo, il robot si allontanerà molto meno dal percorso target programmato. Il robot può quindi eseguire un foro nel punto previsto del componente con una precisione molto maggiore, ad esempio."

Per garantire un'elevata precisione, il team di ricercatori sta sviluppando un nuovo concetto di azionamento per i singoli assi. Vengono utilizzati azionamenti parzialmente diretti, che sono notevolmente più rigidi durante il funzionamento rispetto ai riduttori high-tech di oggi. E una nuova strategia di controllo del clima riduce al minimo le imprecisioni dovute alle fluttuazioni di temperatura. Il robot è inoltre dotato di un controllo cnc per macchine utensili. Ultimo, ma non per importanza, il nuovo Flexmatik è dotato di un sistema di controllo attivo delle vibrazioni.

Il robot di nuova concezione offre vantaggi chiave rispetto alle macchine utensili:il costo di acquisto si riduce fino a un fattore 10 e il consumo energetico fino a un fattore 15. Grazie alla sua unità lineare, il Flexmatik presenta uno spazio di lavoro alla pari con le grandi fresatrici a portale – e una migliore accessibilità. Rispetto ad una fresatrice a portale, il Flexmatik non richiede una fondazione pesante speciale. Ciò mantiene i costi di costruzione più bassi e garantisce agli utenti flessibilità nella configurazione. I ricercatori di Fraunhofer vogliono completare un prototipo funzionale entro la fine del 2018.

Il loro innovativo robot di fresatura è in grado di gestire un'ampia gamma di applicazioni, compresa la lavorazione di grandi strutture in CFRP come fusoliere, la fresatura di componenti per turbine a gas, e il re-contoring degli strumenti di stampa. "La Flexmatik è una scelta adatta per molte applicazioni praticamente in tutti i settori che utilizzano macchine utensili. Ma non si tratta di sostituire le macchine utensili. La Flexmatik può invece essere un'utile aggiunta che condivide i carichi di lavoro. L'obiettivo finale è rendere i processi di produzione più economici. efficace, " sottolinea Sven Philipp von Stürmer, capo progetto presso Fraunhofer IFAM.