金属3D積層造形の適用例

現在、金属3D積層造形による製品への適用は、航空宇宙分野や医療分野を中心に行われています。また、自動車分野における試作品や産業機器分野におけるタービンブレードや、機能性金型への展開も図られています。

航空宇宙分野

ジェットエンジンの燃料噴射ノズルやタービンブレード、ロケットエンジン部品などへの適用が検討されています。

医療分野

人工股関節用臼蓋コンポーネントやひざ関節用インプラントなど種々な部位のインプラントへの適用が行われています。

自動車分野

従来は切削加工や鋳造により行われている部品試作品の作製に活用されることにより製作時間の短縮と、コスト削減が可能となっています。ドイツの自動車メーカーでは修理部品への適用も始まっており、今後さらに電気自動車導入への動きが加速するにつれ、適用分野も増えるものと予測されます。

産業機器

タービンや熱交換器への適用など幅広い製品への適用が検討されています。軽量で剛性の高い製品や複雑形状の製品の製造、多数の部品からなる製品の一体化成形により、製造時間の短縮とコスト削減が可能となります。

金型

射出成型用金型において最適な冷却水管の配置、深い溝や高いリブの配置など、従来の切削加工では難しい加工が可能となることで、従来の金型と比べ製造期間を大幅に短縮できる利点があります。

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スカラロボットの用途を紹介

組み立て

スカラロボットは組立工程で多く利用されています。高速・高精度のため、人間よりも生産性の高い動作が可能なため、導入することでコスト削減や利益の増加に大きく貢献します。

また、垂直多関節ロボットと比べて、省スペースでの設置可能です。生産ラインに複数設置することで人だけの生産ラインより、何倍もの生産性を高めます。

搬送

スカラロボットは前工程から次工程のラインへの搬送や製品の整列なども得意としています。水平方向にスピーディに動くことができるという利点があり、ワークの持ち運びに最適です。生産効率の向上に貢献します。

ねじ締め

ねじ締め工程に利用することもできます。先端に電動ドライバのエンドエフェクタを取り付けることで、高速でねじ締めを行うことができます。

ティーチングを行い、ねじ締めの場所を教示することで、素早く複数の場所をねじ締めできます。また、自動化を行うことで、ねじの締め忘れなどの不良品発生率を下げることも可能です。

塗布

スカラロボットの先端にディスペンサのエンドエフェクタを取り付けることで、ゲル状の材料などを塗布することができます。

機械系であれば接着剤、食品分野であればモンブランのクリームなどと幅広い分野でさまざまな材料の塗布が可能で、生産ラインの自動化に貢献します。

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パラレルリンクロボットの訴求ポイント

手づたえ教示で感じる熟練の技

軽量物を対象に、高速かつ精密な組立作業を実現

6つの軸と6つのサーボモータが1つの出力を生み出すため、高速かつ精密な組立作業を実現します。特に、人作業が中心だったフレキ基板挿入において、パナソニックのパラレルリンクロボットは自動化に貢献しています。

 

手づたえ教示で熟練工のノウハウを容易に再現

熟練工のノウハウを手づたえ教示（実際に人間の手でロボットを動かし教示すること）で容易に実現します。教示の際に複雑なプログラミングを入力する必要はありません。

 

容易なメンテナンス性

パラレルリンクロボットは機構がシンプル（モーター、ベアリング、アルミパイプ）であるため、メンテナンスも電池の交換程度でとても簡単です。

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3Dプリンターを使うメリット

3Dプリンターのメリット①開発期間と製造コストの削減

3Dプリンターとは3DCADのデータを取り込むことで、造形ができます。図面のデータから3Dプリンターを動かすことが出来るので、その間に余計な工程がなくスピーディに物作りができます。

今まで部品製作をするためには、まず金型が必要でしたが、3Dプリンターを使用すれば、その必要もなくなります。

試作品を社内で作成することで、外注コストなどを削減することができ、スピーディーな製造やデザインの検証が可能になります。

3Dプリンターのメリット②品質・デザインの向上

前述の金型や従来の製造技術ではむずかしかった形状の造形が作成できるようになります。

モデリングや出力の設定次第で、今までにない形状の造形も可能といえるでしょう。

3Dプリンターのメリット③様々な材料が使える

3Dプリンターとは色んな材料を積層して造形して、形を作り込みます。目的により材料が変わりますが、3Dプリンターは様々な材料が使えます。

プラスチック樹脂から金属まで、3Dプリンターに対応する材料は年々増えています。

15種類以上の材料を使うことができる3Dプリンターもあります。

後述の造形方式や3Dプリンターの機種によって使用できる材料の種類や数は変わります。

主な材料は「PLA」、「ABS」、「PC（ポリカーボネート）」です。（※FDM方式の3Dプリンターの場合）

中でもPLAは多くの家庭向け3Dプリンターで使用することができ、材料の色も豊富です。

3Dプリンターの材料①ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）

ABSは、一般的なプラスチック製品で広く使われている素材です。

大きな造形を苦手としていますが、他の材質と比べると粘着性と柔軟性にやや優れており、強度があります。曲げや伸びに耐性があります。

後加工（やすりがけ作業や着色などの加工作業）が簡単で、出力後も扱いやすいです。

後工程で研磨などを行う試作品や、プラモデル・フィギュアのパーツ、稼働機構を持たせたいもの向きです。

3Dプリンターの材料②PLA（ポリ乳酸）

PLAは、対応している3Dプリンターの多い素材です。「Poly Lactic Acid」の略で、PLAと呼ばれています。

トウモロコシやジャガイモなど、自然由来の素材を原料にしています。

そのため出力中の嫌な臭い（樹脂が熱されて溶けたときに出る独特の臭い）がほとんど出ません。

造形中の冷えによって起こるひずみやソリに強く、出力が安定しています。

表面が硬くて丈夫なところが特徴で、削ったり磨いたりといった後加工がしづらい材料となっています。

形状確認や、後工程の少ない実用品、大きいもの、耐摩耗性を確保したいもの向きです。

3Dプリンターの材料③PC（ポリカーボネート）

PC（ポリカーボネート）は、プラスチック素材の中では最高レベルの耐衝撃性を持ちます。

ABSの5倍、塩化ビニール樹脂の10倍、アクリル樹脂の50倍の強さです。

加工にも優れ、外観が美しい光沢を放つことから、高級感を出したい家電製品や日用品などに使われています。

他のプラスチック素材に比べて、比較的軽量な特徴があります。身近ではスマートフォンケースに使用されることもあります。

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単軸ロボット導入するときに同時に導入したい周辺機器

梱包、組立、検査などの工程を担うロボット

単軸ロボット自体ができる作業は、製品の運搬作業をはじめそれほど多くありません。そのため、梱包、組立、溶接等が可能な多関節ロボットやパラレルリンクロボット等と組み合わせてはじめて、ロボットシステムとして大きな力を発揮します。

単軸ロボットを複数組み合わせたロボットシステムも実現可能です。実際に、3機体以上の単軸ロボットを組み合わせ、複数の部品の組立作業を自動化した事例も存在します。

重量センサ

単軸ロボットは主に製品の運搬に用いられますが、重量センサを取り付けることで、運搬と同時に重量の計測が可能です。完成品の検品や不良品の排除等を目的に、単軸ロボットと重量センサを組み合わせられます。

コンベア

ロボットシステム内の製品の運搬そのものを担うのはコンベアであることが多いです。単軸ロボットは、コンベアで流れてくる製品を数個ずつ小分けにする際など、重要な工程で用いられます。

見落とされがちですが、コンベアはその運搬速度の調節次第で産業用ロボットが製品の処理可能数が変わるため、妥協できない周辺機器の一つです。

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