ピックアンドプレースロボット用のカスタム燃料インジェクターグリッパーの3Dプリント

ウィスコンシンに本社を置くSTSテクニカルグループは、40年近くにわたってクライアントと協力して、人員配置、技術設計に取り組んできました。およびエンジニアリングの課題。米国中の採用センターに250人以上の従業員を擁する同社は、成長し、変化し続ける製造技術の状況に適応し、新しい革新的なサービスを提供しています。

STSは、製造環境での広範な使用に適したさまざまな材料、医療グレードの3D印刷コンポーネントを製造する機能、および印刷コンポーネントの高品質のために、Formlabs3D印刷テクノロジーを利用しています。

このケーススタディでは、STSテクニカルグループのエンジニアリングサービスディレクターであるBenjamin Heardが、製造環境で燃料噴射装置を移動および配置するためのカスタムグリッパーの開発について説明し、鋳造などの従来の製造方法でコンポーネントを製造する場合と比較して、コンポーネントを3Dプリントすることの利点を強調します。と機械加工。また、カスタム3D印刷されたグリッパーの機能が、以前の伝統的に製造されたグリッパーよりもはるかに優れている理由についても説明します。

特定のコンポーネントの製造プロセスを選択する方法

特定のコンポーネントを製造するには、鋳造、製造、機械加工、および溶融堆積モデリング（FDM）やステレオリソグラフィー（SLA）印刷などの3D印刷プロセスなど、開発中に多くの製造プロセスを考慮する必要があります。

コンポーネントを製造するための3D印刷のいくつかの利点：

• 鋳造および/または機械加工よりも詳細。印刷層の厚さは25ミクロンまで薄くすることができます。

• 非常に詳細な設計に関しては、鋳造、製造、または機械加工よりも費用効果が高くなります。

• 鋳造、製造、機械加工よりもリード時間と製造時間が大幅に短縮されます。

• 印刷後に機械加工を行う必要がないため、熟練した労力と面倒なセットアップを必要とする高価な機械加工装置を用意する必要はありません。

• 耐久性のある軽量素材の幅広い選択。

• CADソフトウェアで作成された設計は、在庫を必要とせずに、必要に応じて保存して再利用できます。

• 3D印刷されたアイテムは、サポートを強化するために追加の材料を戦略的に組み込んだり、ネジ/ボルト穴や六角穴などの取り付け機能を組み込んだりすることで、取り付けの互換性を高めるように設計できます。

• SLA 3D印刷されたポリマー部品が動作中に深刻な衝撃を受けると、破損する可能性がありますが、金属部品は許容範囲外に曲がり、仕様外の部品を生産し続ける傾向があります。

• 壊れたコンポーネントや交換部品の交換コストを削減し、リードタイムを短縮します。

• 印刷されたパーツは、塗装または希望のコーティングで覆うことができる美的外観を備えています。

• プロセス中に溶けたり、欠けたり、ひびが入ったりするため、機械加工に適さない材料の代替品を提供します。

• 軽量化と梱包材の削減により、輸送コストが削減されます。

コンポーネントの鋳造、製造、機械加工、または3D印刷のいずれかを決定するときは、まず、パーツが持つ必要のある耐久性を考慮してください。従来のプロセスで製造された金属部品は、より高い強度、耐久性、耐摩耗性を提供しますが、多くのコンポーネントには、特定のエンジニアリング材料を使用した3D印刷で簡単に満たすことができる要件があります。

材料が温度、湿度レベル、または腐食性物質の存在に耐えられるように、選択時には作業環境も考慮する必要があります。大きなコンポーネントを3D印刷することは困難な場合がありますが、Form 3Lなどの大判3Dプリンターは、より大きな印刷要求に対応できます。

白書

デスクトップステレオリソグラフィー（SLA）を使用した3D印刷の概要

3Dモデルを高解像度で実現するための3Dプリンターをお探しですか？ホワイトペーパーをダウンロードして、SLA印刷がどのように機能するか、そしてSLA印刷が信じられないほどの詳細を備えたモデルを作成するための最も人気のある3D印刷プロセスである理由を学びましょう。

ホワイトペーパーをダウンロードする

カスタム燃料インジェクターグリッパーの設計と3D印刷

ピックアンドプレース操作用のグリッパーを設計する際には、多くの要素が考慮されます。ピックされたコンポーネントとグリッパーで使用される材料、グリップの強さ、ピックされたコンポーネントの形状、ラジアルジョーとリニアジョーの動き、周囲のクリアランス、および必要なピックアンドプレース位置の許容誤差。

グリッパーフィンガーの素材は、通常、選択したパーツよりも大幅に強く、硬くなるように選択されており、数千回または数百万回のサイクル後に腕が摩耗しないようになっています。典型的なグリッパーの材料は硬化鋼であり、これはより柔らかいピック部品の表面に傷を付ける可能性があります。仕上がりがデリケートな場合は、グリッパーにコーティングや靴を追加します。さらに、アイテムに対して追加の機械加工を行うために部品を所定の位置に移動すると、グリップの接触が不十分になると、部品の置き忘れや機械加工の欠陥が発生する可能性があります。

もともと空気圧シリンダーに取り付けられていた一般的なグリッパー。

一般に、グリッパージョーは、円筒形または平らでないエッジを持つピックアイテムの場合は「V」字型にカットされます。この形状は、ソフトタンジェントコンタクトで片側2箇所のピックパーツに確実に接触します。さらに重要なことに、これはシンプルで費用効果の高い設計であり、任意の数のプロセスに拡張できます。

この設計の欠点には、グリッパーとアイテムの両方にストレスを与える力の集中が含まれ、その結果、グリッパーの摩耗が孤立します。さらに、「V」グリッパーはアイテムを抽象的に配置することしかできないため、追加の製造プロセスのための二次的な配置メカニズムが必要になります。

グリッパーを製造するために3D印刷を選択することにより、設計オプションが大幅に増加し、より広い接触領域に力を分散する形状適合グリップを製造することが可能になります。

この例では、Creaformレーザー3DスキャナーとVX Elementsモデリングソフトウェアを使用して、燃料噴射装置の仮想3Dスキャンを取得し、グリッパーの設計を支援しました。スキャンの結果、燃料噴射装置のすべてのギャップ、シリンダー、開口部を面倒に測定する代わりに、複雑な詳細を含む画像が得られました。スキャンした画像を3DCADソフトウェアにインポートして、ソフトウェアの金型機能を使用して非常に詳細な設計を生成できます。

燃料噴射装置（上）を3Dスキャンして、カスタムグリッパーの作成に使用できるモデル（下）を作成しました。

新しい詳細なラジアルグリッパーの設計は、空気圧シリンダーのピストンに取り付けられたロータリーアームに取り付けられます。

新しいグリッパーは、Formlabs Form 3 SLA3Dプリンターでプロトタイプ化および製造されました。 Formlabsは、ラピッドプロトタイピング用のドラフトレジンなど、ラピッドプロトタイピング用の複数の材料を提供しています。私たちの場合、標準の黒色樹脂を使用して、設計の初期プロトタイプを開発しました。両方のグリッパーの半分は、1回のビルドでフォーム3に印刷できます。材料を簡単に変更できるため、元のアイデアから最終製品に到達するまでの時間が短縮されます。

最終用途のコンポーネントを製造するには、生産環境を維持するために、より耐久性のある材料が必要でした。その結果、リジッド4000レジンを使用して最終的なグリッパーを作成しました。この非常に剛性の高いガラス繊維材料は、印刷部品に高い耐久性、剛性、魅力的な仕上がりを提供します。

白書

リバースエンジニアリング、復元、および計測のための3Dスキャン

3Dスキャンと印刷のワークフローは、複製と復元、リバースエンジニアリング、計測などに適用できます。ホワイトペーパーをダウンロードするか、ウェビナーを視聴して、これらのテクノロジーを使用して独自の設計ワークフローを洗練する方法を学びましょう。

ホワイトペーパーをダウンロードする

結果

不規則なグリッパーの設計と3D印刷のプロセスは完全に成功し、期待どおりに動作しました。 3D印刷されたグリッパーの機能は、以前のグリッパーよりもはるかに優れています。

空気圧シリンダーアセンブリ;燃料インジェクターを保持する3Dプリントグリッパーを完備。

3Dプリントグリッパーの利点は次のとおりです。

• 燃料インジェクターをつかむためのより大きな表面積は、燃料インジェクターを損傷または引っかいてグリッパーを摩耗させる可能性のある力が集中する領域を少なくします。グリッパーが摩耗を持続する場合でも、独自の完全に包括的なグリッパー設計により、グリッパーを目的のレベルで動作させることができます。

• グリッパーが放射状のグリップ動作で動作するため、グリッパーの内側の端のクリアランスを機械加工する代わりに設計に組み込むことができます。これにより、グリップキャビティの四角いエッジがなくなり、燃料インジェクターを均一にグリップして完全に解放できます。

• 詳細なグリッパージョーは、燃料インジェクターを目的の位置に合わせて方向付けし、選択した部品の方向付けに必要な追加の機器や製造ステーションの量を減らします。

• 完全に包括的なグリッパー設計により、燃料インジェクターを把持するために必要なグリッパー圧力が少なくなり、マテリアルハンドリング機器の空気圧または油圧の要件が低くなります。

• グリッパーは、薄いコンポーネント構造を排除し、樹脂の材料強度を最大化する独自の設計を提供するように設計されています。また、取り付けを簡素化するために、アセンブリに六角ナットを囲む六角キャビティが含まれています。

• SLA印刷コンポーネントのシリアル化またはラベリングは、印刷プロセス中に実行され、スタンピングまたはエッチングプロセスを排除します。

結論

さまざまな印刷材料を備えたFormlabsForm 3は、製造助剤などのカスタムコンポーネントを製造するための従来の製造プロセスに代わる優れた方法を提供します。

印刷されたコンポーネントは、十分な耐久性を提供し、より詳細な設計のためにはるかに低コストであり、わずかな時間で製造および実装できます。自動化された製造の未来は、CADソフトウェアで設計され、さまざまな材料を使用して3Dプリントされた非常に詳細な製品で構成されます。

STS Technical Groupは、Formlabs 3DプリンターとCADソフトウェアを使用して、顧客向けに非常に詳細な不規則なコンポーネントを設計および設計できます。