Project kraken: de robot die alles maakt

kraken 2

Na drie jaar hard werken is hij dan eindelijk gereed: de robot die als onderdeel van het Horizon 2020 programma van de EU zowel polymeren als metaal print, freest, scant en meet. De hybride printer die werkstukken tot twintig meter lang kan produceren, wordt eind september in Zaragoza gepresenteerd.

Het zijn niet de eerste de beste bedrijven die drie jaar geleden in het Kraken project stapten. Denk aan 3D-print expert EOS uit Duitsland, CAM leverancier Vero uit het Verenigd Koninkrijk (onder andere EdgeCam), het Zwitserse Hexagon - een leverancier van meetappa­ratuur, maar ook Italiaanse juweeltjes als Pininfarini die onder andere veel carrosserieontwerp voor Fiat (Ferrari en Alfa Romeo) doet. Verder zijn er brancheverenigingen als Cecimo en is ook gastheer en coördinator Aitiip noemenswaardig.

Laatstgenoemde is een Spaans engineering­bedrijf dat gespecialiseerd is in alles wat met het produceren van kunststoffen te maken heeft. Gezamenlijk met nog negen partners stelden zij zich als doel een geautomatiseerd robotsysteem te ontwikkelen voor hybride productie met meerdere materialen. Hierbij wilden ze zowel additieve als substractieve methoden combineren voor het produceren van functionele delen die weliswaar twintig meter lang moesten kunnen zijn, maar dan wel zonder ­afbreuk te doen naan precisie en kwaliteit.

Uiteraard mocht de productie ook geen eeuwigheid duren, dus waren ook acceptabele depostiesnelheden (materiaalafzetting) gewenst. Tot slot wilde men de kwaliteitscontrole in de machine integreren en moest er een intuïtieve bediening komen die deze verschillende disciplines in één begrijpelijke gebruikersinterface combineerde.

Additief produceren met meerdere materialen

Om zowel metaal als kunststof in combinatie te kunnen printen, werd een nieuw extrusieproces ontwikkeld waarbij maar liefst met een snelheid van 180 kg/uur geproduceerd kon worden. Hiertoe ontwikkelde Engelse partner Alchemix een twee componenten polyethurane pasta (ALCHEMIX PU3720A/B) die snel uithardt en zowel met de ‘Krakenrobot’ als andere 3-assige systemen kan worden aangebracht. Dit dankzij een speciale printkop die zowel de juiste mengverhouding als de materiaalstroom bewaakt. Voor het metaalprinten is een wire acr-methode voor aluminium ontwikkeld die 10 kg/uur aan materiaal kan afzetten. Ook is er voorzien in een arc spray-technologie die een coating van zinklegeringen kan aanbrengen. Voor wat betreft de verhouding zijn zowel metaal op kunststof als kunststof op metaal producten mogelijk.

Substractieve methoden

Voor frezen en nabewerken is een nieuw substractief procesontwikkeld dat is gebaseerd op een ‘climb-up’-methodologie. Deze is speciaal ontworpen voor zowel een vlakke laagsgewijze strategie als een 3D vrijevorm strategie. De bewerkingsdiepte is 2mm bij een snelheid van 15 m/min. De freeskop maakt hierbij deel uit van een hybride additieve-substractieve kop, waarbij ook automatische gereedschapswisselingen mogelijk zijn.

Nieuwe CAM-algoritmes

Om al die bewegingen van het robotsysteem met 6+3 graden van vrijheid in een werkgebied van 20x6x5 meter in goede banen te leiden, zijn er ook nieuwe CAM-algoritmes ontwikkeld. Ook deze ondersteunen de horizontale laagsgewijze strategie én directe 3D vrije vorm ­strategieën. De CAM software voorziet in ­simulaties en genereert de machinetaken voor hybride productie. Dit in een intuïtieve en ­gebruikersvriendelijke interface.

Realtime besturing en monitoring

Om niet alleen snel grote en hybride volumes te produceren, maar dit ook nog nauwkeurig te doen, beschikt Kraken over een automatisch ­lasertracksysteem dat zorgt voor een continue en absolute kalibratie. Het maakt closed loop besturing van de robot mogelijk gebaseerd op de 6 graden van vrijheid van de robot, maar verzorgt ook een nauwkeurige positionering en oriëntatie van de end-effector. Naast positie worden ook snelheid, krachten en temperatuur continu bewaakt en is er een speciaal vision­systeem ontwikkeld dat de oppervlakte­kwaliteit continu in realtime in de gaten houdt.

Veelbelovende voorbeelden

De grote onthulling is pas op 25 september in Zaragoza. Het Kraken Project loopt dan ten einde. Toch laten de deelnemers al enkele spraakmakende voorbeelden zien, van waar het nieuwe hybride robotsysteem zoal voor zou kunnen worden ingezet. Zo noemen ze de waterdichte panelen voor tunnels, die ook kabels en noodverlichting rechtstreeks geïntegreerd hebben. De Kraken-machine zal deze voor ACCIONA Construction gaan maken en belooft een revolutie ten opzichte van de nu nog gangbare ­methoden. Een tweede voorbeeld zijn de ­aluminium voor- en achterframes van een Alfa Romeo 4C. Deze oplossing combineert de ­depositie van metaal op composiet en vereenvoudigt de assemblage door mechanische ­verbindingen tussen monocoque en frames te integreren. Een derde project is een mockup voor Pininfarine. Het vervangt het huidige proces dat nu nog veel manuele handelingen kent.

kraken 3

En de getallen? Volgens de deelnemers is Kraken gemiddeld 40 procent sneller, 25 procent productiever, 30 procent goedkoper, bespaart het 90 procent vloerruimte en natuurlijk een hele hoop materiaal.

Liam van Koert