アプリケーションスポットライト：ロボットグリッパーの3D印刷

[画像クレジット：シュマルツ]

3D印刷は、産業用ロボットの機能を向上させる中心的なテクノロジーの1つです。これにより、ロボットアプリケーション用のカスタムグリッパーとエンドエフェクターを製造する際の設計の自由度が高まり、コストが削減され、リードタイムが短縮されます。

そして、カスタマイズはロボット工学と自動化の新しい標準であり、3D印刷は、金型やCNC機械加工に巨額の投資をすることなく、費用対効果の高いカスタムグリッパーのソリューションを提供します。

以下、グリッパーの3D印刷の利点と、さまざまな企業がこのテクノロジーを使用して高度なグリッパーデザインを作成し、より高速で安価な生産を実現する方法について詳しく説明します。

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3Dプリントとロボットグリッパーの進化

製造業でのロボットの使用が増えるにつれ、ロボットグリッパー（基本的にはロボットアーム）は、自動車、電子機器、食品加工業界の高度なアプリケーションのニーズを満たすために進化しています。

この進化により、耐荷重性と安全機能が向上した、軽量でカスタマイズされたロボットグリッパーが開発されました。

しかし、高度なグリッパーのニーズを満たすことは、従来の製造技術にとってますます困難になっています。規模の経済のため、企業が少量のグリッパーしか必要としない場合、従来の製造は高額になる可能性があります。

さらに、グリッパーのカスタマイズは、射出成形などの従来の技術では実現が難しく、コストがかかることがわかります。

3D印刷は、その柔軟性とスピードのおかげで、グリッパーの製造に新しい可能性を開きます。

3Dプリントされたグリッパーの利点

軽量化

ロボットが小型化するにつれ、そのようなロボットに適合するように小型で軽量のグリッパーを設計することが、多くのメーカーにとって優先事項になっています。 3D印刷が役立つ1つの方法は、軽量でより多くのことができるグリッパーを製造することです。

3D印刷を使用すると、メーカーは必要な材料が少なくてすむ新しい形状や形状を設計でき、カーボンファイバーなどの軽量材料を使用して、グリッパーの重量をさらに削減できます。

3D印刷は軽量化を可能にしますが、同等以上の耐荷重を備えたグリッパーの設計も可能にします。軽量化と積載量の向上により、ロボットの動きが速くなり、サイクルタイムが短くなります。これは、ロボット技術のユーザーの主な目的です。

カスタマイズ

最新のロボットは、高度なカスタマイズが行われる多品種少量環境での効率を改善するためにますます使用されています。多くの場合、市場には適切な標準ソリューションがないため、多くのアプリケーションでは、ロボットグリッパーをカスタム設計する必要があります。

3D印刷は、ロボットグリッパーをカスタマイズするための理想的なテクノロジーです。企業は高価なカスタムツールに投資する必要はありません。代わりに、個々のデザインを作成して3Dプリンターで直接作成することができます。また、追加の工具費がかからないため、カスタムグリッパーの3D印刷がより経済的であることも意味します。

パーツの統合

3D印刷により、以前は複数の部品で構成されていたグリッパーを1つのコンポーネントとして製造できます。複数の部品を1つに統合するこの機能により、より安価で迅速な生産が可能になり、組み立てる個別の部品が少なくなります。

安全性

ロボットグリッパーの安全性は、3Dプリントで改善できるもう1つの要素です。協働ロボットの人気が高まるにつれ、人間の同僚と一緒に安全に使用できるロボットグリッパーを設計することが重要になります。

3D印刷による設計の柔軟性により、従来のプロセスでは困難であった鋭い角のないグリッパー用の丸いハウジングを簡単に設計できます。さらに、エンジニアは複数の設計を迅速かつ安価にテストして、グリッパーの最大の安全性を確保できます。

5ロボットグリッパーの3Dプリントの例

1。 86％軽量のグリッパー

3Dプリントされたグリッパーの利点を説明することは1つのことですが、テクノロジーが実際のアプリケーションでどのように使用されるかを探ることはまったく別のことです。たとえば、3D印刷のスペシャリストであるKuhn-Stoff GmbH＆Co KGは、3D印刷によってグリッパーの重量を86％削減し、製造コストを最大50％削減できることを証明しました。

同社は、ポリマーパウダーベッドフュージョン（PBF）テクノロジーを使用して、Wittmann Robot SystemeGmbH用の軽量でありながら耐久性のある気管支グリッパーを製造しました。 PBFテクノロジーは、レーザーを使用してポリマー粉末の層を溶かし、融合させてオブジェクトを作成します。

グリッパーは、以前はアルミニウム、ゴム管、および複数の接続要素で作られていました。そのため、製造コストが高くなりました。 Kuhn-Stoffチームは、3D印刷用にグリッパーを再設計することで、コンポーネントの数を21から2に減らし、ナイロン素材で3D印刷することができました。

コンポーネントが少ないということは、生産に必要な材料が少ないことを意味し、3D印刷をより速くより安価なプロセスにします。

これらの利点に加えて、空気圧ダクトとコネクタをベースプレートに統合する機能があります。

3Dプリントされたグリッパーも耐久性があることが証明されています。 Kuhn-Stoffは、500万サイクルにわたってテストされ、障害や欠陥は検出されなかったと報告しています。

2。 IAM 3D Hub 3Dは、自動車生産アプリケーション向けのロボットグリッパーを印刷します

3D印刷の柔軟性を示す別の例は、スペインのデジタルイノベーションハブであるIAM 3Dハブからのものです。このハブは、このテクノロジーを使用してグリッパーの機能を改善しました。

従来のグリッパーは非常に複雑なシステムであり、多数のコンポーネントを備えています。これにより、取得コストが高くなる可能性がありますが、追加のメンテナンスと継続的な継続的な調整が必要になるため、失敗のリスクも高まります。

そのため、IAM3Dハブはこれを削減するための旅に出ました。 3Dプリントによる複雑さ。

HP Multi Jet Fusionテクノロジーを使用してグリッパーを追加生産することで、IAM 3D Hubのチームは、導管、コネクタ、磁石、その他の要素を含む各グリッパーの部品数を80％以上削減すると同時に、必要なスペースを削減しました。システムが動作するため。

カップリングメカニズムを再設計することにより、新しいグリッパーはロボットとのより高速な接続も容易にし、プロセスと設置時間を40％短縮します。

3。 Schmalzは、3D印刷とソフトウェアを使用してグリッパーをカスタマイズします

ドイツの会社、シュマルツは、30年以上前に真空および把持技術の世界に参入し始めました。この分野のリーダーになるための道のりで、同社は製品開発と少量生産に3D印刷を採用しました。

Schmalzのチームは、自動化が生産環境にますます影響を与えるにつれて、新しくてユニークなハンドリングアプリケーションには新しい個別のグリップデバイスが必要であることを理解していました。その結果、万能のグリッパーは、さまざまな自動化アプリケーションの要件を完全に満たすことができません。

この実現により、カスタムグリッパーの迅速かつ簡単な設計を可能にするシステムが開発されました。 Schmalzは、ソフトウェア会社であるTrinckle 3Dとのパートナーシップを通じて、顧客が真空グリッパーをカスタマイズできるアプリを開発しました。

ユースケース固有のグリッパーの構成全体は約10分かかると報告されており、従来のCADソフトウェアや3D印刷可能な設計の専門知識は必要ありません。

3D印刷技術は、Schmalzのアプリによって生成されたデザインをコスト効率よく高速に作成するための鍵です。たとえば、新しいグリッパーは、エアガイダンスをグリッパーの設計に組み込むことにより、取り扱いの干渉を減らします。

このようにして、Schmalzは軽量で堅牢、そしてさらに重要なことに、カスタマイズされたグリッパーを短時間で製造します。軽量のロボットやコボットに取り付けられたシュマルツのソリューションは、最大10キログラムの負荷を保持できます。

4。 3Dプリントされたグリッパーは、包装ラインの切り替えをスピードアップします

特に製品の切り替えが頻繁に行われる場合、包装ラインは柔軟でなければなりません。ただし、この柔軟性を実現することは、口で言うほど簡単ではありません。場合によっては、新しい適切なグリッパーが製造されるまで、製品の切り替えプロセスに数日かかることがあります。

Carecos Kosmetic GmbHは、この課題に直面し、3D印刷の解決策を見つけた企業の1つです。

切り替えの際、同社は包装機用に作られた新しいグリッパーを必要としていました。これは、蓋​​をつかんで瓶にねじ込むものです。従来、同社はアルミニウムからグリッパーを機械加工していました。これは、部品あたり最大10,000ユーロの費用がかかり、製造に約6週間かかりました。

リードタイムが非常に長いことを考慮して、同社はグリッパーをより速く製造できる代替ソリューションを探しました。

Carecos Kosmeticは材料押し出し3D印刷に目を向け、12時間以内にグリッパーを製造することができました。同社はまた、ポリマー3D印刷に切り替えることで、コストの最大85％、製造時間の70％を節約しました。追加のボーナスとして、印刷されたプラスチック製のグリッパーは、金属製のグリッパーよりも7倍軽量です。

5。ソフトロボットグリッパーの3Dプリント

ソフトロボティクスは、TPUやシリコーンなどの柔軟な材料を使用して軽量で弾性のあるグリッパーを作成するロボット工学の分野です。

ソフトロボットグリッパーの場合、3D印刷は、デザインの自由度、柔らかい素材、小さなシリーズのユニークな組み合わせを提供します。この分野で専門知識を開発した1つの会社は、ドイツの化学大手であるWacker ChemieAGの一部門であるACEOです。

ACEOは、インクジェット3D印刷と同様に、「ドロップオンデマンド」技術を使用するシリコーン3D印刷技術を開発しました。このプロセスは、単一部品層の形で材料の液滴を堆積させることから始まり、その後、UV光で硬化されます。次に、シリコーン液滴の次の層が適用され、UV光がそれを前の層に結合します。オブジェクトが完了するまで、このプロセスが繰り返されます。

ドイツの新興企業であるFormhandは、ACEOのシリコーン3D印刷を使用して、さまざまな業界の多目的アプリケーション向けのユニバーサルグリッパーを開発しました。チームはACEOのサービスを使用して、いくつかのグリッパー設計のプロトタイプを作成しました。テクノロジーのおかげで、彼らはカスタムコンポーネントを迅速かつ低コストで作成することができました。

より広く見ると、ソフトロボットグリッパーの3D印刷は、グリッパーとマルチマテリアルデザインの小型化への道を開きます。将来的には、このようなシステムはジェットエンジンのメンテナンスや低侵襲手術に使用できるようになります。

3Dプリントでロボットグリッパーを次のレベルに引き上げる

より用途の広いロボットグリッパーの必要性が高まるにつれて、3D印刷は、器用で軽量なカスタムグリッパーを提供するソリューションを提供します。このようなグリッパーは、より安価で迅速に製造できるため、製造業者は設計を実験し、追加された機能を統合するための柔軟性が高まります。

重要なのは、3D印刷されたグリッパーがロボットシステム全体に付加価値をもたらし、ロボットの軽量化と小型化を支援することです。

最近のスマートなデジタル駆動製造のトレンドを考えると、ロボットグリップ技術の進化は確実に続き、3Dプリントはグリッパーの設計を次のレベルに引き上げる頼りになる方法になるでしょう。