金属3Dプリンターで使われる材料の強度

まずは、金属3Dプリンターで使われる材料に目を向けてみましょう。

金属3Dプリンターにはさまざまな造形方式がありますが、ほとんどの場合は粉末材料が使われています。例えば、最も主流であるPBF（粉末床溶融結合）方式は、素材となる金属粉末を敷き詰めてレーザーや電子ビームを照射し、熱で溶かした後に固めていく仕組みです。機種によって数値は異なりますが、0.02mm〜0.05mm程度の極めて薄い金属を積層しながら造形物を仕上げていきます。

金属3Dプリンターで使用されている主な金属材料は、以下の通りです。

防水クローズドループステッピングモーター

マルエージング鋼（高強度特殊鋼）

SUS316L（耐食性ステンレス鋼）

インコネル718・インコネル625（ニッケル系耐熱特殊鋼）

AlSi10Mg（鋳造用アルミニウム合金）

Ti6Al4V（チタン合金）

Cu（純銅）


ユニポーラステッピングモータ

金属3Dプリンターや金属粉末のメーカーはこれらの材料の材料特性値を公表していますが、ほとんどの材料の特性値は従来の工法で使用する展伸材や鋳造材と同等です。したがって、使用する材料による強度への影響は少ないといえるでしょう。ただし、従来の工法に比べると材料の選択肢はかなり狭まってしまうため、用途や形状に応じて材料を選定しにくいという点はデメリットといえます。

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スカラロボットのデメリット

スカラロボットも万能ではなく、以下のようなデメリットもあります。

 中空ステッピングモータ 

①高精度かつ高速な動作が求められる作業は不向き

構造が簡単であるため、パラレルリンクロボットなどの高精度かつ高速な動作ができるロボットと比較すると動作の精度が劣ります。

②使用用途の自由度が低い

スカラロボットで垂直方向の動きができるのは先端部分のみとなるため、垂直方向の動きも得意とする垂直多関節ロボットに比べると使用用途が限られてしまいます。

一体型サーボモータ

このようなデメリットもあるスカラロボットですが、適した用途で活用すればデメリットは問題になりません。

では、スカラロボットのメリットを最大限に活かすことができる使用用途は、どのようなものでしょうか。

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仕分け作業で用いるマテハン機器

（1）コンベア

コンベアは、搬送作業だけでなく仕分け作業でもよく活用されています。コンベア上でモノを連続で流し、人が保管場所や出荷先別に仕分けするという手順で、仕分け作業が行われています。
ブラシレスDCモータ（BLDC）

（2）ソーター

コンベアで流れてくるモノの仕分けを、人の手ではなく機械が自動で行うのがソーターです。バーコードやカメラによってモノの情報を識別し、自動でモノを仕分けしていきます。短時間に大量の仕分け作業を正確に行うことができるのが特徴です。

ステッピングモーターバイポーラ平行軸ギアボックス

シューと呼ばれる棒のようなもので分岐点にきたモノを押し出すスライドシュー方式がよく活用されていますが、仕分けするモノに合わせて、クロスベルト式、ポップアップ式などの様々な仕分け方式から選択できます。

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アトラクションパーク×ロボット ～ハウステンボスで未来の接客を～

ハウステンボスではロボットを活用した戦略で集客を狙っています。

口火を切ったのは2015年7月7日にオープンした「変なホテル」です。

フロントやポーター等の業務にロボットを導入した、未来のホテルになっています。

フロントには女性型や恐竜型のロボットがおり、前に立つとセンターで感知し話を始めます。

宿泊部屋はカードキーが発行されますが、これとは別に顔認証システムも導入しています。

顔画像を登録することでキーレスでドアを開けることができるのです。

防水ステッピングモーター

そして2016年7月16日にオープンするのがロボット王国です。

ロボットが総料理長を務める「変なレストラン」では、ロボット料理長がお好み焼きを焼いたりバーテンダーロボットが登場したりします。

また、ソフトクリームを作ってくれるロボット「やすかわくん」もすでにハウステンボスで仕事をしているようです。

 ギヤードクローズドループステッピングモーター

ほかにも、子ども達が乗り込んで操縦できるロボットやコミカルなダンスを披露するロボットのステージショーなど、ロボット満載のパークエリアになる予定です。

未来の社会が想像できるロボットの活用事例だと思います。

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3Dプリンターと従来工法（切削加工）の違い

これまでの試作品や治具の製作には、一般的に切削工法が用いられることが多かったのですが、1点あたりにかかるコストが高いなどの理由から、3Dプリンターが普及し始めました。

ここでは、3Dプリンターに用いられる3Dプリント（積層法）と従来工法の切削加工との違いを詳しくご説明します。

Nema 17 双轴リニアステッピングモータ

3Dプリント（積層法）とは

3Dプリント（積層法）とは、3DCADデータをもとにスライスされた2次元の層を一層ずつ重ねていくことで、立体物を造形する加工方法のことです。

立体物の余分な部分を削ったり切ったりして完成品の形に近づけていくのではなく、3Dプリンターで立体物を造形した時点ですでに完成品の形をしているのが積層法である、とお伝えするとわかりやすいかもしれません。

例えば球体を造形する際、3Dプリンターにデータを流し込んで造形を始めれば、初回の造形でデータ通りの球体ができあがります。そこに後追いで手を加える必要はありません。

Nema 23 防水ステッピングモーター

切削加工とは

一方、切削加工とは、さまざまな工具を使って物体を切り削り、目的の形に削り出していく方法です。

大きめの材料から不要な部分を取り除く手法で、「除去加工」とも呼ばれています。

手間はかかりますが非常に高い精度を誇っており、実際の製品と同じ材料で試作をしたり、最終製品のパーツを製作したりする際に利用されることが多いです。

ただし、後述しますが、複雑な造形には向いていません。

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