積層造形とロボット工学で何が形になりつつあるのでしょうか?

産業分野での使用が増え、多くの製品の製造方法が根本的に変化している積層造形 (AM) は、引き続き高度な製造のプロトタイピングと生産の原動力となっています。 2030 年までに 20.8% の年平均成長率 (CAGR) で成長すると予想されており、デジタル設計データを使用して材料の層を融合することで固体の 3 次元オブジェクトを作成するこのプロセス [3D プリンティング (3DP)] により、多くの効果が得られます。生産プロセスの柔軟性が向上し、産業環境に影響を与え続けています。

複合材料用の工具、航空機のプロトタイプ、自動車部品など、かつては複雑すぎると考えられていた製品設計も、より正確で信頼性の高い 3DP テクノロジーのおかげで現実のものになりつつあります。 モーション コントロール、電力変換、ロボット工学の進歩により AM の範囲が拡大し、選択的レーザー溶解 (SLM)、溶融堆積モデリング (FDM)、バインダー ジェッティングなどの方法を通じて、洗練された耐久性のあるオブジェクトを迅速に作成できるようになりました。

基本的なデスクトップ 3D プリンタやステッピング モータを備えたプリンタは、高解像度フィードバックを備えたサーボ制御 3D プリンタに取って代わられ、高速の位置、速度、トルク制御が可能になります。 このプロセスを補完するために、潜在的な印刷角度にほとんど制限がない 6 軸ロボットや大規模構造印刷用の堅牢なガントリー システムも組み込まれており、メーカーはこのプロセスとテクノロジーがもたらす可能性を再検討することになっています。

AM は、古い部品の修理、生産部品のカスタマイズ、またはワンオフの部品や治具を必要とするメーカーの新しい部品のプロトタイピング/モデリングに最適です。 企業は、社内でのエンジニアリング設計プロセス、ツール、および独自の形状の製造の一部として 3DP を使用する場合があります。

柔軟な生産 – 小規模製造は、設計の自由度を適応させて活用することで成功します。 3DP は 100 種類以上の多様な素材を組み込み、ほぼあらゆる形状を製造できるため、ファブ ショップにとって必須のツールとなっています。 設計者は、アセンブリに使用される個々の部品を減らし、潜在的な故障点を排除して耐久性を高めることができます。

コスト削減 – 添加剤プロセスは労働集約度が低く、使用される原材料が削減されるため、貴重な資源と費用が節約されます。 たとえば、部品の主な部分のみを印刷すると、金属ビレットからほとんどの不必要な材料を機械加工して除去するのではなく、原材料の数パーセントを機械加工して除去することによる無駄がなくなります。 一般的なワイヤ アーク AM (WAAM) ロボット アーム システムも、粉末ベースの AM プリンタよりも安価です。 南カリフォルニア大学 (USC) ビタビ工学部の先進製造センター (CAM) は、まさにこの研究に WAAM を使用し、さまざまな部品や工具の時間とコストを削減しています。

生産効率 – サプライチェーンが低迷する中、3DP は、特に数量 1 のカスタム部品の場合、非常に必要な部品が生産現場に到着するまでに数週間待つ代わりに、手頃な価格でタイムリーな代替手段を提供します。 AM では必要なダウンタイムが大幅に短縮され、メーカーがオンデマンドで部品や工具を生産できるようになり、納期とプロジェクトの期限を守ってスループットを維持できます。

材料に関する考慮事項 – 3DP で利用できるさまざまな互換性のある材料も、このプロセスの最適化に役立ちます。 プラスチックから石膏まで、独自の用途要件を満たす実行可能なオプションがあります。

ロボットの使用で人気のある WAAM は、ガスメタル アーク溶接 (GMAW) プロセスで金属フィラー ワイヤを使用してコンフォーマル鋼構造を製造します。 従来のレーザープロセスと競合する新しい方法は、金属粉末の使用をワイヤーに置き換えることにより高い解像度を提供し、より少ないラインでより滑らかな最終製品を容易にします。 強化された高蒸着精度プリント ヘッドは、仕上げや研磨をほとんど必要とせず、ハイエンド部品の使用も可能にします。

イノベーション ソリューション – 加算プロセスを支援するために、3DP ソフトウェアを備えたオフライン プログラミング プラットフォームが、デジタル モデルと作成された実際のモデルの間のリンクとして機能します。 3DP スライサー ソフトウェアとして知られるこれらのプラットフォームは、デジタル モデルを G コードと呼ばれる印刷命令に変換するのに役立ちます。