Guida ai componenti per organi di presa robotici: come la stampa 3D li sta rivoluzionando

Per "componente per organo di presa robotico", o EOAT (da End-Of-Arm-Tooling), si intende il componente di un sistema robotico che interagisce direttamente con i prodotti che il sistema è progettato per spostare, modificare, afferrare o trattare in altro modo. Gli EOAT vengono normalmente montati all'estremità di un braccio robotico e le loro funzioni più comuni includono, ad esempio, operazioni di pick-and-place, saldatura, bloccaggio e rilevamento di forze. 

Poiché gli apparecchi per l'automazione sono diventati estremamente diffusi nelle grandi aziende manifatturiere, è cresciuta anche la necessità di EOAT di alta qualità e progettati su misura. Gli EOAT fungono spesso da intermediari personalizzati tra un sistema robotico prodotto in serie e il prodotto o workflow unico dell'azienda. 

Questa necessità di personalizzazione rende la stampa 3D la soluzione ideale per la creazione degli EOAT. In particolare, la versatilità dei materiali per la stampa 3D stereolitografica (SLA) e la resistenza offerta dalla stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) si prestano bene alla creazione di EOAT per utilizzo finale destinati a contesti di produzione industriale.

Gli EOAT vengono spesso suddivisi in tre categorie principali: automazione, processo e ispezione/verifica. In ciascuna, l'utilizzo di EOAT robusti e resistenti può rappresentare il principale motore dell'efficienza, della produttività e della redditività delle aziende. 

Il design e la complessità specifica di un EOAT dipendono dall'applicazione prevista, dal tipo di robot a cui è montato e da fattori quali forma, peso, volume e quantità di oggetti con cui deve interagire. 

Ad esempio, per un robot pick-and-place che deve spostare un oggetto pesante e rigido dall'estremità di un nastro trasportatore al cestello di un carrello elevatore, è più indicato un EOAT resistente e retrattile "ad artiglio".  Per un oggetto piccolo e leggero contenuto in un involucro imbottito, lo stesso robot pick-and-place potrebbe invece usare un EOAT con ventose e aria compressa per raccoglierlo delicatamente e rilasciarlo nel cestello. 

Sebbene esistano diverse tipologie di EOAT, le caratteristiche necessarie per garantire prestazioni ottimali sono solitamente le stesse: capacità di eseguire misurazioni altamente accurate in grado di rispettare le tolleranze e integrarsi perfettamente nel sistema robotico; peso ridotto, in modo che il sistema robotico non applichi più energia e forza allo strumento che all'oggetto; e resistenza, in modo che le azioni ripetute non causino l'usura e la rottura dello strumento. 

I sistemi robotici richiedono energia e talvolta l'EOAT ha bisogno di una fonte di alimentazione dedicata, così da potersi muovere indipendentemente dal sistema robotico principale. L'alimentazione può essere di tipo elettrico, pneumatico, idraulico o combinato. Gli EOAT ad alimentazione elettrica vengono utilizzati soprattutto per le operazioni più leggere e delicate, mentre quelli ad alimentazione idraulica o pneumatica sono destinati ad applicazioni industriali più pesanti, ad esempio nel settore dell'automazione. 

La stampa 3D facilita la progettazione e la produzione di effettori finali e consente di realizzare soluzioni più complesse e ottimizzate. Gli EOAT stampati in 3D possono aumentare l'efficienza e la produttività e persino accelerare il processo di progettazione. 

Le tre principali tipologie di stampanti 3D sono quelle a modellazione a deposizione fusa (FDM), stereolitografiche (SLA) e a sinterizzazione laser selettiva (SLS). Ogni tecnologia può essere utilizzata per creare EOAT robusti, personalizzati ed efficaci, anche se ciascuna ha caratteristiche specifiche che la rendono più adatta ad alcune applicazioni. 

Le stampanti 3D FDM sono eccellenti nella produzione di parti rapide ed economiche per la modellazione e la prototipazione. Sono perfette anche per la realizzazione di mock-up di EOAT per la convalida di misurazioni o workflow, e offrono materiali noti nel settore come l'ABS, per cui consentono di effettuare analisi degli elementi finiti. Tuttavia, le stampanti 3D FDM estrudono il filamento strato dopo strato, creando minuscoli vuoti d'aria tra l'uno e l'altro nella direzione Z. Questo può causare delaminazione quando si applica forza in quella direzione e può rendere i componenti EOAT ottenuti inadatti in alcuni contesti. 

Le stampanti 3D SLA producono le parti mediante la polimerizzazione di strati di resina liquida nella forma desiderata, strato dopo strato, con il calore o la luce. Poiché il processo di polimerizzazione crea parti isotropiche, a differenza delle stampanti 3D FDM, gli EOAT realizzati tramite stampa 3D SLA possono sopportare sollecitazioni in egual misura in tutte le direzioni. Le stampanti 3D SLA sono disponibili in un'ampia gamma di volumi di stampa e fasce di prezzo. Le stampanti a resina desktop a basso costo sono disponibili a un prezzo compreso tra circa 200 e 1000 €, mentre le opzioni professionali vanno grosso modo da 2500 a 10 000 € e offrono volumi di stampa adatti alla maggior parte degli EOAT. 

Le stampanti 3D SLS sono sempre più presenti negli ambienti di produzione per la creazione degli EOAT. La combinazione tra la resistenza delle parti prodotte con la stampa 3D SLS e le proprietà del nylon, il materiale SLS più comune, semplifica l'integrazione degli EOAT SLS nei sistemi robotici già in uso. Inoltre, i materiali elastomerici come la TPU 90A Powder di Formlabs sono ideali per produrre pinze morbide personalizzate e geometricamente complesse: una delle applicazioni più importanti per gli EOAT stampati in 3D.

1. Identifica un'area di miglioramento: ad esempio, tubi di verniciatura o cannelli di saldatura che potrebbero essere angolati in modo diverso, pinze che dovrebbero essere più flessibili, componenti pesanti che potrebbero essere ottimizzati in termini di resistenza e leggerezza, ecc.  

2. Digitalizza i design delle attrezzature esistenti con l'ingegneria inversa per passare a un inventario digitale o individua le necessità di attrezzature e progetta nuovi file. 

3. Sfrutta il processo di progettazione per aggiungere o rimuovere materiale/peso dove possibile.

   1. Prendi il tuo file esistente e rimuovi peso dove possibile con il design generativo, l'aggiunta di cavità o la creazione di forme reticolari. 

      1. Le stampanti 3D SLA e SLS permettono di ottenere forme meno sottili del metallo ma più complesse e una finitura superficiale migliore senza ulteriore lavorazione meccanica. Ciò permette di aumentare le prestazioni e ridurre i costi.

   2. Proteggi le parti aggiungendo peso alle superfici soggette a usura o frizione frequente. 

4. Combina componenti di assemblaggio diversi tra loro per migliorare l'efficienza utilizzando cerniere integrate, accoppiamenti a scatto e geometrie complesse. 

5. Considera la modularità e l'ergonomia per facilitare l'installazione e la rimozione. Elementi come impugnature, contorni o filettature possono rendere l'installazione e la successiva sostituzione più semplice e veloce. 

6. Esporta il design in un software di stampa 3D come PreForm di Formlabs e scegli un materiale. 

   1. Considera requisiti del materiale come peso, sollecitazioni, resistenza agli urti e ai raggi UV, esposizione ad agenti chimici, ecc. Confronta le proprietà dei materiali e valuta le resine SLA e le polveri SLS in base alla loro utilità per la tua applicazione. 

7. Invia la parte alla stampante, sottoponila a post-elaborazione e installa il componente EOAT ottenuto. 

Gli EOAT sono componenti essenziali dei sistemi di produzione che garantiscono una gestione sicura ed efficiente degli apparecchi robotici. In combinazione con altre tecnologie avanzate, come l'intelligenza artificiale, e i miglioramenti nelle prestazioni di visione e rilevamento, la stampa 3D sta plasmando il futuro dell'automazione. 

I robot stanno diventando sempre più sofisticati e complessi, pertanto richiedono attrezzature avanzate personalizzate che siano all'altezza della loro sempre maggiore efficienza. Gli EOAT tradizionali, realizzati in metallo o in plastica stampata a iniezione, possono essere pesanti, ingombranti o progettati in modo semplicistico, il che può portare a inefficienze e peso superfluo nei sistemi robotici. 

La stampa 3D rappresenta un'alternativa ai metodi tradizionali di fabbricazione degli EOAT. Gli EOAT stampati in 3D possono raggiungere un'elevata resistenza senza peso aggiuntivo, essere prodotti rapidamente su richiesta, con conseguenti tempi di inattività ridotti e maggiore agilità, ed essere sottoposti a iterazioni per migliorare i processi, il tutto senza che le aziende produttrici debbano sostenere ulteriori costi elevati per le attrezzature. 

Per testare la resistenza delle nostre resine o polveri per la stampa 3D, richiedi un campione gratuito. Per ricevere un componente EOAT stampato come campione personalizzato, contatta il nostro team vendite.