KUKA-robotar ger nya perspektiv för robotstyrd tillverkning inom arkitektur

Med hög precision och effektivitet limmar och fräser två KUKA-robotar träskivor i ett projekt som sjösatts av Stuttgarts universitet. En sak är tydlig: Industrirobotar kan med stor fördel användas även inom träbyggnadsindustrin, en industri som inte brukar satsa på automatiserade processer.

Forskningsprojekt: Robotstyrd tillverkning inom träbyggnad och arkitektur

På Institute for Computational Design and Construction (ICD), som grundades 2008 på Stuttgarts universitet, utvecklas datorstödda design- och byggprocesser. En av tyngdpunkterna ligger på robotstyrd tillverkning inom arkitektur. Till Bundesgartenschau 2019 har ICD utvecklat en innovativ paviljong i trä som ska tillverkas i lättbyggnadsteknik och som kräver robotar för att als kunna byggas. Hjälp med att planera produktionssystemet tillhandahölls av BEC GmbH. Detta företag tillika anläggningsbyggare valde att satsa på beprövade KUKA-robotar: I projektet används en dubbelaxlad lägesställare av typen KUKA DKP-400 samt två KUKA-robotar av typen KR 500 FORTEC. Industrirobotarna limmar och fräser träkassetterna med hög precision.

Med hög precision och effektivitet: Robotarna limmar träskivorna.

Bundesgartenschau 2019 i Heilbronn

Vartannat år arrangeras Bundesgartenschau (BUGA) i en ny tysk stad. BUGA var en ren trädgårdsutställning från början, men har idag utvecklats till något mycket mer: På utställningen presenteras innovativa projekt inom stadsplanering och arkitektur. På årets BUGA i Heilbronn visas förutom träd, växter och blommor även en innovativ paviljong av trä. Att paviljongen smälter in så väl i BUGA-utställningsområdet kan också bero på att inspirationen till träkonstruktionen kom från ett naturfenomen.

Vacker anblick: Träpaviljongen på BUGA 2019.

Konstruktion inspirerad av naturen: Robotar limmar träskivor

”En av tyngdpunkterna i vårt arbete är biomimetisk forskning”, berättar professor Achim Menges, chef för ICD. ”Former, material och strukturer som återfinns i naturen uppvisar ofta högre materialeffektivitet och funktionsförmåga än människans skapnader.” BUGA-paviljongen är inspirerad av sjöborrens skal: Detta skal består av individuellt utväxta plattor. Detsamma gäller träpaviljongens 376 byggelement: ingen är den andra lik. Robotarna limmar ihop delarna som tillverkas av skivor och balkar av fanérlaminatträ. På insidan är de fem-, sex- eller sjukantiga och 16 cm tjocka kassetterna ihåliga. Den färdiga paviljongen har en spännvidd på 30 meter – helt utan invändiga stolpar och stöd. ”Denna lättbyggnadsteknik är hittills världsunik. Utan robotar skulle det inte gå att tillverka så varierade delar”, förklarar Hans Jakob Wagner, forskare och doktorand på ICD.

Skräddarsydd tillverkning: Träpaviljongen sätts ihop av 376 enskilda delar.

Helt automatiserad: KUKA:s industrirobot fräser träkassetterna med hög precision

Den robotstyrda tillverkningen handhas av två KUKA-robotar av typen KR 500 FORTEC: Den första roboten placerar grundskivan på den dubbelaxlade lägesställaren KUKA DKP-400. Den andra roboten applicerar lim på träskivan. Därefter limmar den första roboten fast en bärande balk på skivan. Den andra roboten spikar fast balken med träspikar. Industrirobotarna upprepar dessa arbetssteg tills alla balkar har limmats och spikats fast. Därefter limmar den första roboten fast ytterligare än träskiva på balken som den andra roboten har strukit lim på. Även täckplattan spikas fast. När limmet har härdat placerar roboten på nytt träkassetten på DKP-400. Den andra roboten fräser med hög precision hörnkonturer och sinkningar. Därefter lägger den första roboten den färdiga kassetten i magasinet.

Roboten limmar fast träskivorna och fräser och spikar fast träbalkarna.

Träpaviljongen på BUGA 2019 i Heilbronn.

Precision och effektivitet – fördelar med robotstyrd tillverkning inom arkitektur

”Roboten limmar fast träskivorna med hög precision och arbetar mycket effektivt. Detta är viktigt eftersom lim endast är i flytande tillstånd under en begränsad tid”, förklarar Matthias Buck, VD för BEC GmbH. Dessutom ska tillverkningen uppfylla vissa specifikationer exempelvis avseende mängd och jämnhet. Även om man betraktar de enskilda delarnas vikt – en kassett väger upp till 200 kg – innebär det en stor arbetslättnad att använda robotar. Ytterligare en fördel: Vid robotstyrd fräsning ligger måttoleransen på mindre än 0,3 mm. Matthias Buck lovordar dessutom KUKA-robotarnas anpassningsförmåga: ”Vi kan ändra byggplanen för enskilda delar medan tillverkningsprocessen pågår.” Detta öppnar upp för innovativa lösningar både inom byggindustrin och träbyggnadssektorn: Robotsystem är ett effektivt sätt att möta krav på högre produktionskvantiteter och prisvärda lösningar.

Att tillverka dessa byggelement är både komplext och krävande. Utan en robotbaserad lösning skulle detta projekt inte ha kunnat genomföras.

Hans Jakob Wagner, forskare och doktorand på ICD