3Dプリンティングが金属加工の自動化を強化

定期的な手動部品検査により、この自動化旋削セルは生産を一時停止せざるを得ませんでした。部品回収シュートを3Dプリントしてセル外へ排出することで、この問題を解決しました。（すべての写真は特に記載がない限りSuperior Metal Products提供。）

1年前、私はオマハのSuperior Metal Productsを訪問し、Doosan TW2600二軸旋削センターが、鋳造ダクタイル鉄製ポンプ部品ファミリの面取り作業を実行する複雑なロボットセルについて記事を書くことができました。要約すると、そのセルは、インバウンドコンベアがワークピースをFANUCロボットに供給し、それが機械にロードし、完成部品をアンロードしてカートに置くというものでした。

これはショップにとって2つ目のロボット加工セルでした。最初のセルは2018年に導入され、Okuma LB3000 EXII旋削センターを、HalterのLoadAssistantロボットローディングおよびワークピースストレージユニットで無人運転しています。この自己完結型ユニットは、機械ドアの左側に設置され、FANUCロボットと、材料ブランクと完成部品をそれぞれ保持する両面インデックステーブルを備えています。オペレーターはテーブルの半分に安全にアクセスして完成部品を取り出し、新しいブランクをロードできます。一方、ロボットはテーブルのもう半分を操作して機械に材料を供給します。

これは部品回収シュート追加前に私が撮影した写真で、オペレーターが検査のために部品にアクセスするためにロボットエリアに入らなければならなかった様子を示しています。

部分的なフェンスが、機械オペレーターとロボットがアクセスできるストレージテーブルの部分を分離しています。しかし、機械ドア前のエリアはオープンで、必要に応じてオペレーターが機械に近づけるようになっています。これは、ユニットのレーザースキャナーがオペレーターがそのエリアに近づくことを検知できるため可能です。人が定義された外側の床面安全ゾーンに入るとロボットを減速させ、定義された内側のゾーン（機械とロボットに近い方）に入ると停止させます。

長年にわたり、このセットアップによりSuperior Metal Productsはかなりの無人機械運転を実現してきました。しかし、定められた間隔での必須部品検査により、オペレーターが安全ゾーンに入って部品を測定する必要があり、一時的に生産が中断されていました。ショップのデスクトップ3Dプリンターで印刷した巧妙なプラスチック製部品回収シュートをLoadAssistantフェンスに取り付けることで、この問題が解決しました。ロボットは now 検査対象部品をシュートに落とせるため、オペレーターはレーザースキャン安全ゾーンに入らず、生産を止めることなくトレイで部品にアクセスできます。実際、これはSuperior Metal Productsが3Dプリンターを使用して、ショップフロアで有用なだけでなく、従来の機械加工よりも作りやすいアイテムを作成した一例に過ぎません。

機械加工の代替としてのプリント

Superior Metal Productsは、30,000平方フィートの施設に豊富な設備を備えています。これには、VMC、HMC、旋削センター、ホブ盤、ブローチ盤、研削盤、ラッピング、溶接、バランス装置などが含まれます。ショップの3Dプラスチックプリンター、Lulzbot TAZ-6デスクトップモデルは、2017年末に購入されました。

3Dプリントの最初のステップは、部品のCADモデルを作成することです。ここでは、部品回収シュートを構成するコンポーネントのモデルを示しています。

Superior Metal Products社長のFrank O'Connor氏は、プリンターがショップのニーズをどのようにサポートできるか正確にはわからなかったが、購入して実験する時期が来たと感じたと言います。以来、ショップは自社のさまざまな機械加工と製造プロセスをサポートするうえで価値あると証明された多数のアイテムをプリントしてきました。

「典型的な機械工場が3Dプリントアイテムでいかに多くの社内用途を持てるか、驚くばかりです」とO'Connor氏は言います。「一部のアイテムは機械加工できますが、3Dプリントで製作する方が簡単な場合もあります。」

彼は、3Dプリントでは部品のCADモデルを作成し、温度、インフィル率（内部形状）、壁厚などの少数のプリントパラメータを設定し、「プリント」を押して、後でプリンターのビルドプレート上の完成部品を見つけるだけだと説明します。機械加工では、部品のスケッチや同じCADモデルを作成し、CNCプログラムを書き（この時点で3Dプリンターはプリント中で、彼は別のことに取り組める）、材料ブランクを探して切り出し、切削工具とワークホールディングデバイスを集め、機械をセットアップし、最後に機械加工部品を検査しなければなりません。これは彼の時間だけでなく、本来なら生産部品を加工できる機械の時間も消費します。

「機械加工を批判しているわけではありません。機械加工の方がずっとクールです」とO'Connor氏は冗談めかして言います。「それに、私の生計は機械加工部品の需要にかかっています。しかし、ワンオフや少量の、プリント可能な材料で安全かつ確実に機能する部品については、3Dプリントは素晴らしい選択肢です。」

ここでは部品シュートの主要部分がプリント中です。プリント完了後に除去される中間のサポートに注目してください。

自動化Okumaセル用のトレイ付き部品シュートは好例です。シュートの入口は保護区域内（フェンス内とレーザースキャンゾーン内）にあり、出口はその外側にあります。O'Connor氏によると、メリットには、生産を一時停止せずに部品にアクセスできること、検査頻度の一貫した遵守、セルオペレーターがセル近くで作業中にトレイの部品有無を一目で確認して検査タイミングを知れることなどが含まれます。

Halter LoadAssistant制御のカスタムルーチンが、会話式データを取り込み部品長さを登録し、それに応じて部品ドロップポイントを調整してスムーズなシュート進入を保証します。

O'Connor氏によると、ロボット部品ドロップ操作は、LoadAssistant制御で作成されたカスタムルーチンです。オペレーターは単にルーチンをロボットタスクリストに追加し、FANUCティーチペンダントのレジストリ値に検査ドロップ頻度を定義するための値を設定します。レジストリカウントが満たされると、次の完成部品はLoadAssistantテーブルではなくシュートに配置されます。「このカスタムルーチンの優れた点は、Halterの会話式データを使用して部品長さを登録し、ドロップポイントを自動調整してスムーズなシュート進入を保証するところです」とO'Connor氏は言います。

その他のプリント例

2019年の訪問時、Superior Metal Productsが設計・プリントした、さまざまなショップフロアニーズをサポートする他の多くの有用なデバイスに気づきました。私が見たものと、最近追加されたものの例をいくつか紹介します。

私が撮影したこのような3Dプリントトレイは、別の自動化加工セルのツインタレット旋盤で使用されるクイックチェンジ工具を保持します。トレイは機械エンクロージャーの縁に置かれ、オペレーターが簡単にアクセスできます。O'Connor氏によると、これらはセル担当チームに、セル稼働中にどの工具がインサートのインデックスや交換を必要としているかの視覚的指標も提供します。トレイがセルのワークテーブル上（安全フェンス外）にあるとき、切れ刃が機械側を向いている工具は取り付け準備完了、機械から離れている工具は次の交換サイクル前にインサートをリフレッシュする必要があります。

バイスジョーのようなものも、半複雑な形状に対応するよう3Dプリントできます。これらはポリエチレンテレフタレートグリコール（PETG）材料でプリントされ、ソリッドインフィルです。50ft-lbsのバイス締め付けトルクに耐え、この特定部品のフライス、穴あけ、ボーリング、ブローチ操作で使用されました。O'Connor氏によると、25個ロットの終了時には劣化の兆候はありませんでした。

トレイと共通ワークステーションラック概念を備えたこのモジュラーストレージシステムは、さまざまな検査ゲージを保持するために使用されます。ゲージピン、ねじゲージ、部品固有の検査デバイスなどが、品質管理担当者によってキット化され、ジョブセットアップ/リリースの一部としてショップフロアに送られます。