Warum Aluminium der Eckpfeiler der Automatisierung ist
Triebkräfte der Innovation Aluminium ist nicht nur ein Metall, sondern auch ein Wegbereiter für die moderne Robotik. Von kollaborativen Robotern (Cobots) bis hin zu Hochgeschwindigkeitsportalsystemen bieten Aluminiumkomponenten die für die moderne Fertigung erforderliche Flexibilität.
Wichtige technische Vorteile:
Effizienz: Leichtere Teile bedeuten weniger Energieverbrauch und geringeren Verschleiß an Motoren und Getrieben.
Anpassungsfähigkeit: Aluminium lässt sich hervorragend bearbeiten und ermöglicht komplexe, kundenspezifische Geometrien, in die Sensoren, Kabelkanäle und Befestigungspunkte nahtlos integriert werden können.
Korrosionsbeständigkeit: Im Gegensatz zu normalem Stahl ist Aluminium von Natur aus oxidationsbeständig und daher ideal für Reinraumumgebungen und die Lebensmittelverarbeitung. Automatisierung.
Warum Ingenieure Aluminium für die Automatisierung wählen
Leistung und Effizienz
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Hohe Geschwindigkeit:
Geringe Masse bedeutet weniger Trägheit, wodurch die Roboter schneller beschleunigen und bremsen können.
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Energieeinsparungen:
Leichtere mobile Roboter verbrauchen weniger Strom, was die Betriebszeit erheblich verlängert.
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Wärmemanagement:
Aluminium ist ein hervorragender Kühlkörper, der die von den Servomotoren erzeugte Wärme ableitet.
Langlebigkeit und Wartung
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Korrosionsfrei:
Die natürliche Oxidschicht schützt vor Feuchtigkeit und reduziert den Wartungsaufwand in feuchten Umgebungen.
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Eloxierfähig:
Es lässt sich leicht behandeln, um die Oberflächenhärte zu erhöhen, die Farbe zu kennzeichnen oder die elektrische Isolierung zu verbessern.
Agilität in der Fertigung
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Gestaltungsfreiheit:
Hervorragende Bearbeitbarkeit ermöglicht die schnelle Herstellung von Prototypen und Produktion von komplexen Geometrien.
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Kostengünstig:
Geringere Bearbeitungszeiten und ein reichhaltiges Angebot halten die Produktionskosten niedriger als bei exotischen Legierungen wie Titan.
Die strategischen Vorteile von Aluminiumkomponenten
Aluminium ist mehr als nur ein Rohstoff; es ist ein strategischer Wegbereiter für die moderne Fertigung. Indem es ein Gleichgewicht zwischen Fülle und hoher Leistung schafft, bietet es einen Wettbewerbsvorteil in Bezug auf Kosten, Nachhaltigkeit und Vielseitigkeit.
Überlegene Kosteneffizienz
Aluminium bietet einen doppelten Kostenvorteil: Niedrige Materialkosten und Niedrige Betriebskosten.
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Überfluss vs. Knappheit
Als das am häufigsten in der Erdkruste vorkommende Metall ist Aluminium wesentlich günstiger und preisstabiler als seltenere Metalle wie Titan oder Kupfer.
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Logistik Einsparungen
Aufgrund seiner geringen Dichte (ca. 2,7 g/cm³) kostet der Versand von Aluminiumteilen pro Volumen weniger als der von Stahlteilen.
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Operativer ROI
Im Automobil- und Luftfahrtsektor führt diese Gewichtsreduzierung direkt zu Kraftstoffeinsparungen und erhöhter Nutzlast, was die Gesamtbetriebskosten (TCO) senkt.
Der Nachhaltigkeits-Champion
In einer Ära der umweltfreundlichen Produktion ist Aluminium das "Kreislaufwirtschaft" Metall.
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Unendliche Wiederverwertbarkeit
Im Gegensatz zu Kunststoffen, die sich zersetzen, kann Aluminium unendlich oft ohne Qualitätsverlust recycelt werden. "Sekundäraluminium" ist nicht von unbehandeltem Metall zu unterscheiden.
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Energieeinsparung
Das Recycling von Aluminium erfordert 95% weniger Energie als die Herstellung von Primäraluminium aus Bauxiterz. Diese massive Verringerung des CO2-Fußabdrucks macht es zur bevorzugten Wahl für umweltbewusste Marken.
Technische Anpassungsfähigkeit und Sicherheit
Dank seiner Vielseitigkeit kann Aluminium in Umgebungen eingesetzt werden, in denen andere Metalle versagen.
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Korrosionsbeständigkeit
Aluminium bildet von Natur aus eine schützende Oxidschicht. Das macht es praktisch wartungsfrei für den Bau und die Infrastruktur im Freien.
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Crash-Tauglichkeit
Im Automobilbau ist Aluminium ideal für die Sicherheit. Es absorbiert die kinetische Energie bei einem Aufprall (Knautschzonen) und schützt so die Insassen.
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Kryogenische Zähigkeit
Im Gegensatz zu Stahl, der bei niedrigen Temperaturen spröde wird, wird Aluminium bei sinkenden Temperaturen sogar stärker. Das macht es für Raumfahrzeuge unverzichtbar.
Wo wir Aluminium verwenden
Automobilindustrie: Effizienz und Sicherheit
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Motorblöcke:
Hervorragende Wärmeübertragung sorgt für einen kühlen Motorbetrieb.
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Karosseriebleche:
Widersteht Rost (Korrosion) besser als Stahl und verlängert die Lebensdauer des Fahrzeugs.
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Knautschzonen:
Absorbiert die Aufprallenergie, um die Passagiere zu schützen.
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EV-Bereich:
Die Verringerung des Fahrzeuggewichts ist die #1-Methode zur Erhöhung der Batteriereichweite.
Luft- und Raumfahrt: Stärke am Himmel
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Rumpf und Tragflächen:
Das Standardmaterial für Flugzeugzellen aufgrund seines unglaublichen Verhältnisses zwischen Haltbarkeit und Gewicht.
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Präzisionsteile:
Hochgradig zerspanbar, was die Herstellung komplexer Motorgehäuse und Fahrwerke ermöglicht.
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Wirtschaft:
Leichtere Flugzeuge verbrauchen weniger Treibstoff und können mehr Fracht transportieren.
Medizinisch: Sauber und fähig
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Chirurgische Werkzeuge:
Leicht zu sterilisieren und nicht magnetisch (sicher für MRI-Umgebungen).
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Mobilität:
Leichte Legierungen machen Rollstühle und Gehhilfen leichter manövrierbar.
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Verpackung:
Die ultimative Barriere gegen Feuchtigkeit und Licht für pharmazeutische Sicherheit.
Roboter in der Aluminiumindustrie
Arten von Robotern
Roboter werden eingesetzt, um die Produktivität, die Genauigkeit und die Sicherheit bei der Herstellung von Aluminium zu erhöhen. Zu den wichtigsten Arten von Robotern gehören Industrieroboterarme, fahrerlose Transportsysteme oder kollaborierende Roboter. Sie eignen sich am besten für verschiedene nachgelagerte Aufgaben wie Materialhandhabung, Schweißen und Qualitätskontrolle.
| Roboter-Typ | Primäre Funktion | Wichtigste Vorteile |
|---|---|---|
| Industrielle Roboterarme | Strangpressen, Schmieden, Schneiden, Schweißen | Hohe Genauigkeit, konsistenter Output, Abfallminimierung |
| Automatisch gesteuerte Fahrzeuge | Materialtransport, Logistik | Reduzierte manuelle Arbeit, effizienter Materialfluss |
| Kollaborative Roboter (Cobots) | Montage, Qualitätskontrollen | Sichere menschliche Zusammenarbeit, Unterstützung komplexer Prozesse |
Erhöhung der Sicherheit am Arbeitsplatz
Der unmittelbarste Vorteil der Automatisierung ist der Schutz des Humankapitals. Die Aluminiumproduktion ist mit extremen Gefahren verbunden, darunter geschmolzenes Metall und schwere Maschinen.
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Risikominderung:
Automatisierte Systeme übernehmen risikoreiche Aufgaben - wie die Pflege von Töpfen und den Transport von geschmolzenem Metall - und holen die Arbeiter aus der "Gefahrenzone"."
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Prädiktive Sicherheit:
Echtzeit-Überwachungssysteme verfolgen den Zustand der Maschinen und erkennen potenzielle Ausfälle oder Unregelmäßigkeiten, bevor sie Unfälle oder kostspielige ungeplante Ausfallzeiten verursachen.
Robotik in der Fertigung (Fallstudie)
Die Automatisierung mit Robotern ist kein Luxus mehr, sondern der Standard für die Aluminiumverarbeitung in großen Stückzahlen.
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Anwendung:
Spezialisierte Roboterarme übernehmen jetzt komplexe Aufgaben wie das Entfernen von Schalen, Präzisionsschweißen und die Oberflächenbearbeitung.
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Der Nutzen:
Im Gegensatz zu manueller Arbeit arbeiten Roboter rund um die Uhr und ohne Ermüdung. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Schweißnaht und jede Oberflächenbehandlung exakt denselben Qualitätsstandard erfüllt, wodurch menschliche Fehler vermieden und die Gesamtproduktivität der Anlage erheblich gesteigert werden.
Intelligente Steuerung des Schmelzprozesses
Schmelzen ist energieintensiv. Die Integration eines verteilten Steuerungssystems (DCS) ermöglicht die Steuerung komplexer thermischer und elektrolytischer Prozesse.
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Echtzeit-Optimierung:
Sensoren überwachen kontinuierlich die Temperatur, den Druck und den elektrischen Strom in der Topfleitung. Das System passt die Parameter in Millisekunden an, um eine optimale Energieeffizienz zu gewährleisten.
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Auswirkungen auf die Umwelt:
Durch die präzise Steuerung werden "Anodeneffekte" und übermäßiger Energieverbrauch reduziert, wodurch Treibhausgasemissionen und Betriebskosten unmittelbar gesenkt werden.
Automatisierte Qualitätskontrolle (QC)
Die Qualitätssicherung hat sich von der Inspektion nach der Produktion zur Inline-Überprüfung verlagert.
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Die Lösung:
Moderne Bildverarbeitungssysteme und Sensoren erkennen Defekte (z. B. Risse oder Porosität) bereits in der Entstehungsphase, während das Teil noch bearbeitet wird.
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Der ROI:
Auf diese Weise können die Hersteller fehlerhafte Teile sofort zurückweisen oder nachbearbeiten, um Abfall zu vermeiden und sicherzustellen, dass nur hochwertiges Aluminium den Kunden erreicht.
Die Zukunft des Aluminiums: Aufkommende Technologien und Innovationen
Die Aluminiumindustrie erfährt derzeit eine technologische Beschleunigung, die durch Industrie 4.0. Von der Integration künstlicher Intelligenz in die vorausschauende Wartung bis hin zur Entwicklung von Legierungen der nächsten Generation - diese Fortschritte definieren Effizienz, Nachhaltigkeit und Leistung neu.
KI-gesteuerte vorausschauende Wartung
Die größte Umwälzung ist die Anwendung von künstlicher Intelligenz (KI) in der Vermögensverwaltung.
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Die Technologie:
KI-Algorithmen analysieren riesige Ströme von Maschinenleistungsdaten (Vibration, Temperatur, Stromverbrauch) in Echtzeit.
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Der Nutzen:
Anstatt zu warten, bis eine Maschine ausfällt, prognostizieren diese Systeme potenzielle Fehlfunktionen, bevor sie auftreten. Dieser Wechsel von reaktiver zu vorausschauender Wartung reduziert ungeplante Ausfallzeiten drastisch und erhöht die Gesamtanlageneffektivität (OEE).
Fortgeschrittene Robotik und Automatisierung
Die Robotik hat sich über den einfachen Materialtransport hinaus zum Rückgrat der Präzisionsfertigung entwickelt.
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Die Technologie:
Roboter der nächsten Generation, die mit haptischen Sensoren und fortschrittlichen Bildverarbeitungssystemen ausgestattet sind, übernehmen heute komplexe Aufgaben wie Präzisionsschweißen, Laserschneiden und Mikromontage.
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Der Nutzen:
Diese "intelligenten Roboter" bieten ein Maß an operativer Konsistenz und Geschwindigkeit, mit dem menschliche Arbeitskräfte nicht mithalten können, und gewährleisten Präzision im Mikrometerbereich bei Tausenden von Einheiten.
Dekarbonisierung und grüne Energie
Nachhaltigkeit ist keine Option mehr. Die Industrie wendet sich aggressiv von fossilen Brennstoffen ab.
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Der Trend:
Moderne Hüttenwerke integrieren zunehmend erneuerbare Energiequellen - insbesondere Solar- und Windenergie - in ihr Netz.
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Die Auswirkungen:
Durch diese Umstellung wird der Kohlenstoff-Fußabdruck der Primäraluminiumproduktion erheblich verringert, so dass grünes Aluminium" entsteht, das die strengen Umweltstandards der globalen Automobil- und Technologiemarken erfüllt.
Werkstoffkunde: Die nächste Generation von Legierungen
F&E-Innovationen erschließen neue Potenziale im Metall selbst.
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Die Innovation:
Durch fortschrittliche Computermodellierung stimmen Metallurgen das Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Gewicht und Korrosionsbeständigkeit genau ab.
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Die Anwendung:
Die Zunahme hochentropischer Legierungen und spezieller Luft- und Raumfahrtgüten bietet ein hervorragendes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht und erfüllt die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt sowie der EV-Branche an die Leichtbauweise".
| Erweiterungsfläche | Nutzen Sie | Auswirkungen auf die Industrie |
|---|---|---|
| Fortschrittliche Legierungen | Gleichgewicht von Widerstand, Gewicht und Kraft | Luft- und Raumfahrt, Energieeffizienz in der Automobilindustrie |
| Sekundär-Aluminium | 95% weniger Energie als die Primärproduktion | Nachhaltigkeit, Kostensenkung |
| Verbesserte Leitfähigkeit | Bessere Wärme- und elektrische Leistung | Elektronik, Energiespeichersysteme |
Prognosen für die zukünftige Rolle von Aluminium
Aluminium wird durch seine charakteristischen Eigenschaften wie Leichtigkeit, Festigkeit und Recycelbarkeit in einer Vielzahl von Branchen immer wichtiger werden. Diese bestechende Eigenschaft des Recyclings von Aluminium ist immer wieder hervorragend für die Nachhaltigkeit. Im Hinblick auf die Minimierung des CO2-Fußabdrucks und die Verbesserung der Energieeffizienz wird erwartet, dass Sektoren wie das Bauwesen und der Verkehr eine große Menge an Aluminium verbrauchen werden.
🔮 Grenzen der Zukunft: Aluminium in Energie und Mobilität
Im Zuge der Umstellung der globalen Industrie auf Nachhaltigkeit wandelt sich Aluminium von einem Konstruktionswerkstoff zu einem funktionalen Wegbereiter für zukünftige Technologien. Seine Rolle geht über das Bauwesen hinaus und erstreckt sich auf die kritischen Bereiche der modernen Energiespeicherung und der Mobilität der nächsten Generation.
1. Energiespeicher der nächsten Generation: Aluminium-Luft-Batterien
Das vielversprechendste Gebiet für Aluminium ist die Entwicklung von Aluminium-Luft-Batterien.
Die Innovation: Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien wird bei der Aluminium-Luft-Technologie die Reaktion zwischen Aluminium und Luftsauerstoff zur Stromerzeugung genutzt.
Das Potenzial: Die Forschung zeigt, dass diese Batterien eine wesentlich höhere Energiedichte bieten könnten (bis zum 40-fachen der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien), was sie zu einer nachhaltigen, wiederverwertbaren und hochleistungsfähigen Lösung für die Speicherung im Netz und für Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite macht.
2. Die Zukunft der Mobilität: Ultra-Leichtbau-Architekturen
Das Streben der Automobilindustrie nach Effizienz macht Aluminium zum Standard für zukünftige Fahrzeugarchitekturen.
Kraftstoffeffizienz und Reichweite: Ob bei Verbrennungsmotoren oder Elektrofahrzeugen, die Masse ist das größte Hindernis für die Effizienz. Indem sie schwere Stahlkomponenten durch hochfeste Aluminiumlegierungen ersetzen, können die Hersteller das Fahrzeuggewicht drastisch reduzieren.
Die Auswirkungen: Dieses “Leichtgewicht” führt direkt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch bei herkömmlichen Autos und zu einer größeren Reichweite bei Elektroautos, wobei die für die Sicherheit der Insassen erforderliche strukturelle Festigkeit erhalten bleibt.
Was sind Aluminiumkomponenten für Roboter und warum sind sie so wichtig?
Robotikkomponenten aus Aluminium sind die strukturellen und funktionellen Bausteine moderner Automatisierungssysteme. Zu dieser Kategorie gehören stranggepresste T-Nut-Profile, präzisionsgefertigte Grundplatten und Roboterarmglieder.
- Der kritische Vorteil: Aluminium ist das Material der Wahl, da es eine hohe strukturelle Steifigkeit bei geringer Masse bietet. Diese "Leichtgewichtigkeit" Effekt verringert die Trägheit der beweglichen Teile, so dass sich Industrieroboter schneller bewegen können und weniger Energie verbrauchen als Alternativen aus Stahl.
Wie profitiert die Aluminiumextrusion von Automatisierungssystemen?
Stranggepresstes Aluminium (oft als modulare Rahmenkonstruktion bezeichnet) dient als "Skelett" der Automatisierung.
- Modularität: Im Gegensatz zu geschweißtem Stahl werden bei Aluminiumprofilen T-Muttern und Schrauben verwendet. Dies ermöglicht es den Ingenieuren, Produktionslinien ohne Spezialwerkzeuge schnell zu montieren, zu demontieren und umzugestalten.
- Einfache Integration: Die T-Nut-Konstruktion ermöglicht die nahtlose Montage von Zubehör wie Sensoren, Bildverarbeitungskameras und Pneumatikleitungen direkt am Rahmen und vereinfacht so die Systemarchitektur.
Welche spezifischen Roboterteile werden aus Aluminium hergestellt?
In der industriellen Automatisierung wird Aluminium sowohl für statische als auch für dynamische Komponenten verwendet:
- Strukturell: Maschinenschutzverkleidungen, Schwerlastständer und Förderschienen.
- Dynamisch: Roboterarmsegmente, Gehäuse der Endeffektoren (Greifer) und Pneumatikzylinder.
- Warum? Hochwertige Legierungen (wie 6061 oder 7075) sorgen für die nötige Stabilität bei Präzisionsaufgaben und halten das Gesamtgewicht des Systems niedrig.
Können diese Komponenten individuell angepasst werden?
Ganz genau. Während Standardprofile üblich sind, erfordert die Hochleistungsautomatisierung oft eine Sonderanfertigung.
- Vorgänge: Wir bieten Präzisions-CNC-Fräsen für kundenspezifische Montageplatten, Bohren für spezifische Sensoranordnungen und Eloxieren für verbesserte Verschleißfestigkeit und elektrische Isolierung.
- Das Ziel: Die kundenspezifische Anpassung sorgt dafür, dass die Roboterkomponenten perfekt in Ihre bestehende Produktionslinie passen und die räumliche Effizienz maximiert wird.
Wie lassen sich mit Aluminiumkomponenten Kosten senken und die Geschwindigkeit erhöhen?
- Schnellere Montage: Modulare Aluminiumsysteme funktionieren wie ein "Industrieller Bausatz"." Die Montagezeit wird im Vergleich zu geschweißten Strukturen erheblich verkürzt.
- Betriebsgeschwindigkeit: Leichtere Roboterarme haben eine geringere Trägheit, was eine schnellere Beschleunigung und kürzere Zykluszeiten ermöglicht.
- Arbeits-ROI: Durch die Möglichkeit der schnellen Neukonfiguration und des schnelleren Durchsatzes können die Hersteller die pro Einheit erforderlichen manuellen Arbeitsstunden reduzieren und so die Gesamtproduktionskosten senken.
Wie wähle ich die richtige Aluminiumsorte für meinen Roboter aus?
Die Auswahl hängt von drei technischen Faktoren ab:
- Mechanische Belastung: Verwenden Sie Standard-Strangpressprofile für Schutzvorrichtungen, aber präzisionsgefertigte Bleche für schwer belastbare Robotersockel.
- Umwelt: Erwägen Sie eloxiertes Aluminium für Korrosionsbeständigkeit in Waschanlagen oder chemischen Umgebungen.
- Prozess: Prüfen Sie, ob eine Standard-Extrusion (billiger, modular) oder ein CNC-gefrästes Gussteil (stärker, kundenspezifische Form) für Ihre spezifische Anwendung besser geeignet ist.
Referenzen
- Das Projekt ALSARM (Advanced Lift Support Automated Robotic Manipulator)
In diesem Beitrag wird die Verwendung von Aluminiumkomponenten in Roboterarmen erörtert, wobei ihre Rolle in fortschrittlichen Automatisierungsprojekten hervorgehoben wird.
Lesen Sie das Papier hier - Analyse der Materialauswahl für die Entwicklung eines integrierten Oberflächenfahrzeugsystems
In dieser Studie wird die Verwendung von Aluminium in Roboterrahmen untersucht, wobei die Haltbarkeit und die Eignung für robuste Anwendungen hervorgehoben werden.
Zugang zur Studie hier - Projekt der Kennesaw State University und der United Alloy Corporation zum robotergestützten Aufnehmen und Platzieren
Dieses Projekt befasst sich mit der Automatisierung von Aufgaben unter Verwendung von Aluminium-Strangpressprofilen und zeigt ihre Anwendung in Robotersystemen.
Sehen Sie sich das Projekt hier an - CNC-Bearbeitung von Aluminium
