Niryo zeigt, wie 3D-Druck die Entwicklung funktionaler Roboterarme deutlich günstiger und flexibler machen kann. Statt teure Spritzgussformen oder gefräste Aluminiumteile einzusetzen, nutzte das Startup 3D-gedruckte Bauteile, um komplexe Geometrien, geringe Stückzahlen und schnelle Designanpassungen wirtschaftlich umzusetzen.
Zusammenfassung: 3D-Druck als Schlüssel für zugängliche Robotik
Das französische Startup Niryo stellt kollaborative 6-Achsen-Roboterarme für Bildung, Forschung und Industrie-Prototyping her. Seit Beginn der Entwicklung stand das Team vor der Herausforderung, komplexe mechanische Segmente für den Roboterarm in überschaubaren Stückzahlen kostengünstig zu fertigen. Die Lösung war die Konstruktion des Roboters speziell für den FDM-3D-Druck. Das Ergebnis war der „Niryo One“, der heute weltweit in Universitäten und Fabriken genutzt wird, um Robotik zugänglich zu machen.
Die Herausforderung: Präzise Roboterbauteile zu bezahlbaren Kosten fertigen
Um einen 6-Achs-Roboterarm marktreif zu machen, der für Bildungseinrichtungen und kleine Unternehmen erschwinglich ist, müssen die mechanischen Bauteile extrem leicht, präzise und vor allem kostengünstig sein. Herkömmliche Industrieroboter kosten schnell zehntausende Euro, unter anderem wegen der teuren Fräs- und Gussteile aus Aluminium. Niryo musste diese Kosten drastisch senken. Für ein Startup war zudem klassischer Kunststoffspritzguss keine Option, da die initialen Werkzeugkosten für die erste kleine Charge an Robotern den finanziellen Rahmen gesprengt hätten. Die Normierung war ein weiterer Faktor: Die Gelenke und Segmente mussten so konstruiert sein, dass Motoren und Kugellager millimetergenau hineinpassen, um eine saubere Kinematik über alle sechs Achsen zu gewährleisten. Bei Fragen zur Fertigung präziser Baugruppen und für eine unverbindliche Beratung wenden Sie sich gerne an uns.
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Warum 3D-Druck für den Niryo-Roboterarm sinnvoll war
3D-Druck war deswegen der richtige Weg für Niryo, da die Armsegmente geometrisch sehr komplex gestaltet werden durften – beispielsweise mit innenliegenden Kanälen für die Kabelführung der Stellmotoren –, ohne dass dies die Kosten in die Höhe trieb. Wären die teilweise über 20 Strukturteile des Roboters im Spritzguss gefertigt worden, hätte das Startup für jedes Bauteil eine Form von mehreren tausend bis zehntausend Euro benötigt. Neben dem FDM-Verfahren, das bei Niryo für die Strukturteile genutzt wurde, bietet auch SLA (Stereolithografie) eine Alternative. Der harzbasierte Prozess erzeugt Objekte mit besonders glatten Oberflächen, was sich für hochpräzise Getriebezahnräder im Inneren eines Roboters eignet. Ein drittes Verfahren ist SLS (Selektives Lasersintern). Es ermöglicht die Herstellung von extrem belastbaren Bauteilen (z.B. aus Nylon), die komplett ohne Stützstruktur gedruckt werden – ideal für mechanisch extrem beanspruchte Gelenkverbindungen. Auch zu diesen Drucktechnologien können Sie per Mail oder Kontaktformular Fragen an uns stellen.
Umsetzung: Materialwahl und druckgerechtes Design der Roboterteile
Die Auswahl des Materials ist in der Robotik entscheidend. Bei Niryo wurden die Gehäuseteile und mechanischen Armsegmente hauptsächlich aus PLA und später aus PETG gedruckt. PLA ist günstig, verzugsfrei zu drucken und ausreichend steif für den Einsatzbereich in Klassenräumen und Laboren. Für mechanisch stärker belastete Versionen oder den industriellen Einsatz kommen PETG oder ABS zum Einsatz, da diese zäher und hitzebeständiger sind. Bezüglich der Designanforderungen hat Niryo den Roboter so konstruiert, dass die Bauteile auf FDM-Druckern ideal flach aufliegen. Die Konstruktion wurde iterativ auf „Support-freien“ oder stark Support-reduzierten Druck optimiert, was die Produktionszeit pro Roboter erheblich verkürzte.
Ergebnis: Weniger Werkzeugkosten, schnellere Entwicklung und flexible Anpassungen
Durch das Drucken der mechanischen Bauteile des Roboterarms wurde im Zuge des Niryo-Projekts erreicht, dass:
1. Der 6-Achs-Roboter als Projekt überhaupt finanziell umsetzbar war und erfolgreich über Kickstarter gelauncht werden konnte
2. Designfehler in frühen Phasen nicht das Ende des Projekts bedeuteten, sondern Bauteile einfach digital angepasst und am nächsten Tag neu gedruckt wurden (enorme Flexibilität).
3. Keine horrenden Werkzeugkosten anfielen, sodass der Roboter für einen Bruchteil des Preises traditioneller Industrieanlagen angeboten werden konnte.
Der 3D-Druck erlaubt es Startups wie Niryo, Produkte herzustellen, die funktionell an das heranreichen, was große Industriekonzerne anbieten – aber zugänglich für einen völlig neuen Markt. Der 3D-Drucker fungiert als universelles Werkzeug für die Serienproduktion.
Was Unternehmen aus dem Niryo-Beispiel mitnehmen können
Wenn es darum geht, ein technisches Produkt wie einen Roboterarm herzustellen, stellt sich generell die Frage nach der wirtschaftlichsten Umsetzung. Ein bewährter Ansatz ist der 3D-Druck in Varianten wie FDM, SLA oder SLS. Kaum eine Technologie schafft es, die Komplexität bei der Kabelführung und Kinematik mit derart geringen initialen Herstellkosten zu meistern. Der 3D-Druck macht die Robotik-Entwicklung agil.
Relevanz für Startups, Ingenieurbüros und Robotik-Projekte
Relevant wird dieses Wissen, wenn Startups, Ingenieurbüros, Automatisierungstechniker oder Forschungseinrichtungen ein mechanisches Produkt oder Sondermaschinen umsetzen möchten. Andere Methoden setzen voraus, dass man Kapital für Spritzgussformen hat oder wochenlang auf gefräste Teile aus Asien warten muss.
Warum eignet sich PLA so gut für den Bau von Roboterteilen im Bildungsbereich?
PLA ist ein sehr kostengünstiges Material, das sich einfach und verzugsfrei drucken lässt. Für die typischen Anforderungen in Umgebungen wie Klassenräumen und Laboren bietet es zudem eine absolut ausreichende Steifigkeit für Gehäuse und mechanische Armsegmente.
In welchen Fällen wird auf Kunststoffe wie PETG oder ABS zurückgegriffen?
Sobald die Roboterteile stärker mechanisch belastet werden oder für den anspruchsvollen industriellen Einsatz vorgesehen sind, wird auf PETG oder ABS gewechselt. Diese Materialien zeichnen sich durch eine deutlich höhere Zähigkeit und Hitzebeständigkeit aus.
Welche grundlegende Designregel wurde bei der Konstruktion der Roboterteile beachtet?
Die Bauteile wurden von Grund auf so entworfen, dass sie während des Fertigungsprozesses auf FDM-Druckern ideal und flach auf dem Druckbett aufliegen.
Wie wurde mit dem Thema Stützstrukturen (Supports) während des Drucks umgegangen?
Das Design der Bauteile durchlief einen iterativen Optimierungsprozess. Das Ziel dabei war es, die Teile so zu gestalten, dass sie im Idealfall komplett „Support-frei“ gedruckt werden können oder der Bedarf an zusätzlichen Stützstrukturen zumindest stark minimiert wird.
Welchen konkreten Vorteil brachte diese druckerfreundliche Designoptimierung?
Der weitgehende Verzicht auf Stützmaterialien und die flache Ausrichtung der Teile auf dem Druckbett führten zu einem enormen Effizienzgewinn, wodurch sich die gesamte Produktionszeit pro Roboter erheblich verkürzte.
Funktionale 3D-Druck-Bauteile für Ihr Projekt anfragen
Sollten Sie sich in diesem Beispiel wiederfinden und überlegen, dass Sie ebenfalls funktionale, 3D-gedruckte Bauteile für Ihr Robotik-Projekt, Ihre Sondermaschine oder Ihr Gehäuse brauchen, kontaktieren Sie uns gerne per E-Mail oder Kontaktformular. Wir beraten Sie unverbindlich und drucken die Teile innerhalb 48-72 Stunden in Deutschland.