手頃なロボット押出機が大規模複合材3Dプリントを解き放つ

CEAD（オランダ、デルフト）は、特許取得済みのプリントヘッドを使用し、熱可塑性樹脂を連続繊維と短繊維の両方で同じ部品内で補強できるCFAM Primeシステムを商品化し、大規模複合材3Dプリントを実現した。オランダの複合材メーカーPoly Products（オランダ、ウェルケンダム）が同システムへの投資を「大きく考え、もっと大きくプリント」と題した記事で現在号のKunststof Magazineで説明している一方で、CEADは他社には異なるアプローチが必要だと認識している。

「大規模3Dプリントへの需要が高まっているのを実感しています」とCEADのビジネス開発責任者Charlène van Wingerden氏は説明する。「しかし、すべての企業が、8×4×4.5メートルの設置面積を持つ当社のCFAMシステムのような大型設備のスペースを確保できるわけではありません。」しかし、多くの企業がすでにロボットアームやガントリーシステム（CNC工作機械など）を持っているため、CEADはそのようなシステムに統合できるスタンドアロンの押出機を開発し、アディティブマニュファクチャリングの可能性を探るための投資を抑えたソリューションを提供している。

「CNC加工ポリウレタンフォームと手積みGRP（ガラス繊維強化プラスチック）で金型を製作していましたが、労力と廃棄物が多すぎました」と、12月にCEADロボット押出機を購入したRapid Prototyping（ハンガリー、ブダペスト）のオーナーGyörgy Juhász氏は説明する。「現在は、短繊維ガラス30%強化ポリプロピレンで金型を3Dプリントし、労働時間を50%削減しています。」

CEADロボット押出機は、大規模複合材3Dプリント向けの軽量かつ高出力ソリューションとして設計されている。このシステムには、3Dプリントに必要なすべてが含まれる：ロボット押出機、Siemens PLCベースの制御、材料貯蔵、材料搬送、水冷、取り付け簡単な押出機マウントブラケット。

高充填ポリマーと多様な熱可塑性樹脂

CEADロボット押出機は、3Dプリント専用のカスタム設計高温システムである。4つのヒートゾーンを使用し、無充填または強化熱可塑性ペレットを徐々に溶かす。Siemensサーボモータと遊星ギアボックスで駆動され、特定の材料処理に必要な高トルクを実現。標準で330℃、高温版では400℃まで到達可能で、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）を含む幅広い繊維強化熱可塑性材料の押出が可能。

1キロワットサーボモータへのアップグレードにより、標準トルク63Nm、ピークトルク144Nmを実現し、困難でタフな材料を高出力でプリントするのに有利。エンジニアリンググレード材料の使用は押出機を最大能力まで追い込む可能性がある。例えばArnite 50%ガラス繊維強化PET（ポリエチレンテレフタレート）やカーボン充填PESU（ポリエーテルスルホン）。標準サーボモータでもこれらの材料を処理可能だが、アップグレードにより必要に応じてさらに出力を高められる。

材料貯蔵と搬送

ロボット押出機には、十分な乾燥を必要としない最大25キログラムの材料貯蔵が含まれる。乾燥が必要な材料の場合、材料搬送ポンプは貯蔵の下に配置され、外部乾燥機と直接連結可能。材料搬送ポンプが乾燥材料を押出機ホッパーに吹き込み、このプロセスはSiemens制御で微調整される。

ロボット押出機は完全なパッケージとして提供されるため、材料搬送ユニットも標準装備。信頼性の高い材料搬送システムの開発には多くの研究が費やされてきた。それは、無人での長時間プリントや高価なエンジニアリンググレード材料でのプリントにおいて極めて重要だからだ。「搬送システムの故障によるプリント失敗は許容できません」とWingerden氏。「CEADのユニークな点は、搬送ユニットが押出機とともに標準コンポーネントとして出荷されることです。」

簡単な統合と制御

システム全体はSiemensタッチスクリーンで操作され、長年のプラスチック押出、3Dプリント、機械開発の経験に基づき、ロボット押出機とCFAMシステム専用に設計されたCEADソフトウェアが動作する。

すべてのロボット押出機コンポーネントが連携して完全統合システムを構築。オペレーターはSiemens制御パネルと対話し、これをロボットまたはガントリーシステムに接続可能。ロボット押出機は、アナログ0-10ボルトとデジタル0-24ボルト直流（dc）の2つの信号のみで制御され、ロボットアームやガントリーによる堅牢な制御を提供。最近、CEADはProfinet経由でのロボット押出機制御を導入し、より高度な統合オプションを可能にした。

カスタムマウントブラケットも付属し、数本のボルトでロボットアームやガントリーにロボット押出機を取り付け可能。

周辺システム

CEADは、統合しやすい乾燥システムやノズルセットなどの他のコンポーネントも提供。Rapid Prototypingはロボット押出機に加えて乾燥機を購入。「これで、PET、PET-G、ABSなどさまざまな材料でプリントできます」とJuhász氏。