Roboty mění dřevozpracující průmysl

Tags: Konstrukce | KUKA | Roboty | Strojírenství

Dny Bun­des­gar­ten­schau (BUGA), kte­ré jsou tra­dič­ním mís­tem pro pre­zen­ta­ci tren­dů a no­vi­nek v ob­las­ti ur­ba­nis­mu a ar­chi­tek­tu­ry, pat­ří mi­nu­los­ti. Kro­mě stro­mů a kvě­tin by­lo mož­né na loň­ské ak­ci BUGA v Heil­bron­nu ob­di­vo­vat ta­ké uni­kát­ní dře­vě­ný pa­vi­lón. Au­to­ři je­ho ná­vr­hu z Ús­ta­vu pro vý­po­čet­ní de­sign a stav­bu Uni­ver­zi­ty ve Stutt­gar­tu (ICD) čer­pa­li ins­pi­ra­ci z pří­ro­dy. Od své­ho za­lo­že­ní v ro­ce 2008 ICD vy­ví­jí ino­va­tiv­ní, po­čí­ta­čem pod­po­ro­va­né ná­vr­hy a kon­struk­ční pro­ce­sy.

Rozsah potenciálních aplikací pro roboty je jednou z klíčových oblastí zaměření. Toho bylo zcela využito při výrobě inovativních dřevěných prvků pro pavilón BUGA. „Výrobní procesy pro komponenty jsou složité, nákladné a jedinečné. Tak, že je lze provádět pouze s pomocí robotů,“ vysvětluje Hans Wagner, výzkumný pracovník a doktorand na ICD.

V průběhu procesu návrhu požadovaného systému byl ICD podporován systémovým integrátorem BEC GmbH. Tato společnost se sídlem v Pfullingenu v Bádensku-Württembersku vyvíjí a integruje komplexní robotické systémy. BEC GmbH přitom využívá osvědčené roboty KUKA. Kromě dvouosého polohovacího zařízení DKP-400 měly při výrobě součástí dřevěného pavilónu hrát roli také dva roboty KUKA KR 500 FORTEC, které se používají k sestavování, lepení a frézování složek.

Dřevěný pavilón – skořepinová struktura inspirovaná přírodou

„Oblast biomimetického výzkumu je jednou z našich klíčových oblastí zaměření,“ vysvětluje profesor Achim Menges, ředitel ICD. „Tvary, materiály a struktury, které se vyskytují v přírodě, často vykazují vyšší stupeň materiálové účinnosti a funkčnosti než konvenční způsoby konstrukce.“ Inovativní skořepinová konstrukce dřevěného pavilónu je založena na přírodním jevu: skořápce mořského ježka. Skládá se z mnoha desek, které rostou nezávisle na sobě podle jejich polohy ve skořápce.

Stejně jako v případě mořského ježka je každý z 376 prvků pavilónu zcela jedinečný. Skládají se z dřevěných panelů a trámů z vrstveného řeziva. Uvnitř jsou kazety duté a jejich tvar se mění: jsou zde pětiúhelníkové, šestiúhelníkové a sedmiúhelníkové prvky, každý o tloušťce 16 cm. Jakmile jsou všechny komponenty smontovány, má pavilón rozměr 30 metrů – bez jakýchkoli nosníků nebo podpěr uvnitř. Tato forma lehké konstrukce je v globálním měřítku bezprecedentní. „Každý díl je šitý na míru pro svůj specifický účel, čehož je dosaženo plně automatizovaným způsobem,“ vysvětluje H. Wagner. Bez automatizovaného řešení, které je výsledkem spolupráce se společností BEC GmbH, by nebyl projekt proveditelný kvůli značnému množství potřebné práce.

Roboty vyrábějí komponenty plně automaticky

Plán výstavby pavilónu na papíře nenajdete; celá konstrukce byla navržena digitálně. „Informace týkající se jednotlivých komponent jsou generovány pomocí softwaru a přenášeny do robota,“ říká Matthias Buck, ředitel společnosti BEC GmbH. V systému spolupracují bezchybně dva roboty KUKA KR 500 FORTEC: nejprve robot 1 zvedne dýhovaný panel a umístí jej na KUKA dvouosý polohovač DKP-400. Panel je upevněn k polohovatelnému zařízení pomocí vakuové upínací technologie. Zatímco robot 2 nanáší lepidlo na základní panel, robot 1 zvedne nosník. Po jejich slepení je robot 2 navíc bezpečně spojí dřevěnými hřebíky. Tyto pracovní kroky se opakují, dokud nejsou všechny nosníky kazet spojeny. Poté robot 1 vyjme krycí panel ze zásobníku a umístí jej na lepidlo, které mezitím robot 2 aplikoval na nosník. Krycí panel je robotem 2 upevněn také pomocí hřebíků. Následně robot 1 umístí částečně kompletní kazetu na zásobník lisu. Jakmile ztuhne lepidlo, robot znovu zvedne kazety a umístí je na DKP-400. Robot 2 začne frézovat rohové obrysy a spoje a vrtat otvory pro „cvočky“. Po dokončení všech frézovacích prací robot umístí kazetu do zásobníku hotových dílů.

KR 500 FORTEC automaticky zvedá laminované dýhované panely a trámy.

Výhody použití robotů při výrobě dřevěných konstrukcí

„Je mnohem snazší spojit a obrábět kazety, když jsou do výrobního procesu zapojeny roboty,“ říká Hans Wagner, který uvedl klady využití robotů ve výrobě dřevěných konstrukcí. Protože lepidlo zůstává tekuté pouze po omezenou dobu a při jeho nanášení musí být dodrženy specifické podmínky, jako je vydávané množství a rovnoměrnost rozetření, hraje důležitou roli rychlost a spolehlivost. Navíc vzhledem k hmotnosti jednotlivých prvků – kazeta váží až 200 kg – roboty výrazně snižují pracovní zatížení.

Další výhodou je přesnost stavebních robotů: u frézovaných prvků je rozměrová tolerance menší než 0,3 mm. Roboty pracují efektivně, hospodárně a s velkou přesností, což umožňuje preciznost v částech tvořících pavilón. Roboty jsou také výjimečně přizpůsobivé: „Máme dokonce možnost provést změny v konstrukčním plánu určitých prvků během výrobního procesu,“ zdůrazňuje Matthias Buck.

Roboty se zabývají lepením, přibíjením a frézováním.

Budoucnost robotů v dřevařském průmyslu a stavebnictví

Matthias Buck věří, že systém má před sebou velkou budoucnost: „Se svými ideálními přepravními rozměry může být systém dokonce nastaven a používán v prostorách výrobce nebo na staveništi.“ To nabízí stavebnictví a dřevařskému průmyslu inovativní příležitosti. Automatizované procesy jsou v současné době v tomto průmyslu využívány jen velmi málo. S využitím robotických systémů bude možné řešit rostoucí požadavky na větší množství a cenově dostupná řešení. Robot by se mohl v podstatě stát praktickým kolegou, který optimálně podporuje pracovníky, kteří čelí náročným pracovním postupům.

Jednotlivé kazetové prvky jsou sestavovány pomocí DKP-400.

Informace o společnosti KUKA

KUKA je globální automatizační společnost s obratem kolem 3,5 miliardy eur a zhruba 14 200 zaměstnanci. Jako jeden z předních světových dodavatelů inteligentních automatizačních řešení nabízí KUKA zákazníkům vše, co potřebují, z jediného zdroje. Od komponentů a výrobní buňky až po plně automatizované systémy pro automobilový průmysl, elektroniku, spotřební zboží, kovoobrábění, logistiku/e-commerce, zdravotnictví a služby robotického průmyslu. Společnost má sídlo v Augsburgu.

Více informací na www.kuka.com.
Fota z archivu KUKA CEE GmbH, odštěpný závod.