積層造形：多業種でイノベーションを加速

モーション制御技術、ロボティクス、電力変換の採用が、今日の積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）の急速な成長を牽引しています。デジタル設計データを用いて、材料を底面から層ごとに積層・融合させ立体物を造形するこの非従来型プロセス（3Dプリンティング）は、航空宇宙、自動車、ファッション、ライフサイエンス、消費財など多様な業界で、企業が変革的成果を実現する一助となっています。

高度化する複雑さ

3Dプリンティングが試作段階から産業用完成品の本格生産へと役割を拡大する中、積層造形（AM）の適用範囲は急速に変化しています。かつてはプラスチックに限られていましたが、現在ではセラミックス、複合材、金属、ポリマー、ハイブリッド材料などを扱えます。全体で100種類以上の材料が積層造形で使用可能となり、工作機械治具や量産金型のような高度で耐久性のある製品の生産へ道を開いています。

革新的ブレイクスルーと豊富な成長がある一方で、エンドユーザーが完成部品を大量生産するうえで実用的なレベルの速度を達成するには、さらなる取り組みが必要です。しかし、品質を犠牲にした速度向上は許されません。業界に突きつけられた大きな問いは、「品質を維持しつつ、積層造形に不可欠な速度の飛躍的向上をどこから得るか」です。

究極の答えは複数の要素から導かれるでしょうが、理想的な解を探る最適な場所は、モーション制御がもたらす改善にあります。

積層造形におけるモーション制御の現在

積層造形におけるモーション制御と聞いて多くの人が想像するのは、エクストルーダーがプリントベッド上をいかに速く移動できるかという点です。これは確かに産業方程式の重要な一要素ですが、考慮すべきはそれだけではありません。例えば、物理特性の異なる多様な材料を同一エクストルーダーで安定供給することも、広い意味でのモーション制御であり、長期的な産業生産性の観点から極めて重要です。

積層造形の活用が広がるにつれ、メインストリーム生産における加工課題を克服するためのツールセットと産業標準のニーズも高まっています。例えば、部品品質を維持しつつ装置速度を上げる需要が、産業グレードプリンターの開発・改良を促しています。

AMの黎明期には、小型デスクトップフレームをホビーグレードのコントローラーと安価なステッピングモーターで駆動していました。このアプローチにはパワーと信頼性が欠けていましたが、これらはメインストリーム部品生産に不可欠な二大要素です。

今日、積層造形は高性能マシンコントローラー、先進サーボシステム、ロボット技術を活用し、製品品質の向上と部品生産の高速化を実現しています。具体的には、全軸（エクストルーダー含む）で高分解能フィードバックを持つサーボ制御をステッピングモーターに代えて採用することで、全軸での高速・高精度な位置・速度・トルク制御が可能になり、安定した吐出と詰まり検知を実現しています。

圧倒的なメリット

タービン部品からスポーツシューズ、歯科クラウン、住宅まで、企業は産業レベルのモーション制御システムを積層造形に導入し、多くのメリットを得ています：

• 柔軟で多様な部品製造能力
• 生産稼働率の向上
• 生産効率の向上（全体的な原材料使用量の削減）
• 製造コストの低減

さらに、モーション制御技術と産業用ロボット自動化を組み合わせれば、複雑な需要を満たすユニークな製品を生産できる工場の柔軟性を獲得できます。

革新的テクノロジー

積層造形プロセス中の複数可動部品と周辺機器の協調制御は、効率的生産の鍵です。これが、安川アメリカ ドライブ＆モーションディビジョンのエキスパート・エンジニアが革新的なマシン制御とサーボシステム技術を設計する理由の一つです：

• MP3300iecモーションコントローラーとΣ-7シリーズサーボモーターが、メインストリーム積層生産に必要な高速性能と精度を発揮し、Gコードプログラムと滑らかなキネマティックモーションプロファイルを実行
• 生産性が不可欠であると同時に、柔軟性も同等に重要。このニーズから生まれたのが「シングラコントロール」です。YaskawaのMP3300iecコントローラーに内蔵されたこの機能により、6軸ロボットからロボットガントリー、単軸サーボまで、同一デバイス・同一プログラミングで管理可能。積層造形分野における複数機種・複数モーション分野を、ロボットプログラミング専門家を雇わずにプログラミングできます。
• 次なる革命は、ほとんどの積層造形システムの心臓部であるサーボからやってきます。Σ-7モーターとSERVOPACKアンプはYaskawaマシンコントローラーと容易に組み合わせ可能で、速度・精度・信頼性に目に見える改善をもたらします。例えば、ある企業のインテリジェント産業用3Dプリンターは、350mm/秒で造形、1m/秒の移動速度を実現。この差はプリンターの動きにも、オーナーの収益にも明確に表れます。

継続的なイノベーション

2017年Wohler's Reportによると、材料・装置市場は現在70億ドル規模で、今後年間17%の成長率が予測されています。この予測を実現するには、多様な業界での製品メインストリーム生産に向けた主要分野の改善が不可欠です。

MP3300iecモーション制御とリニアモーター技術の融合研究が、3Dプリンティングの更なる高速化・高精度化を目指して継続されています。また、ロボット3DプリンティングへのMP3300iecシングラコントロール活用に関する更なる探求が、表面仕上げ、マテリアルハンドリング、挿入、検査などの二次プロセスでのロボットアーム活用を洗練させるでしょう。

積層造形技術とプロセスは、製品設計・製造のまったく新しいアプローチを提供します。更なる研究開発により、この生産手法はかつて想像もできなかった形で産業を変革し、最も価値ある製造形態になる準備が整いつつあります。

詳細を学ぶ！

11月、FABTECH（11月6-8日、ジョージアワールドコングレスセンター、アトランタ）のYaskawaブース（#C11414）へお越しください。積層造形について学び、業界最速（造形350mm/秒、高速移動1000mm/秒、4G加速）のプリンターによるライブデモンストレーションをご覧いただけます！