3Dプリンティングとロボット工学を組み合わせてスマートファクトリーを作成

産業用ロボットと組み合わせた3D印刷は、製造への斬新でありながら有望なアプローチとなる可能性があります。

2つの主要な推進要因が開発を推進しています。大きなオブジェクトをより正確かつ繰り返し作成する必要性と、3Dプリントでより自動化された統合された制作を実現する機会です。製造技術が進化するにつれて、この組み合わせは、より高度なデジタル化とスマートな製造に向けた成長する動きへのソリューションの1つになる可能性があります。

ロボット工学と3D印刷を組み合わせる？

産業用ロボットと3D印刷の組み合わせは、2つの方法で実現できます。最初の方法は、ロボットアームに材料堆積ヘッドを装備することです。

Stratasysは、2016年にIMTSで発表されたRobotic Composite 3D Demonstratorでまさにそれを実現しました。StratasysのFDMテクノロジーに基づく押出ヘッドは、産業用8軸モーションコントロールハードウェアと組み合わされ、生産を可能にしました。熱可塑性フィラメントからのより大きく、より軽く、正確な部品の。

3D印刷とロボット工学を統合する別の方法は、産業用ロボットがさまざまな生産段階で3D印刷を支援する統合ソリューションを作成することです。良い例は、米国を拠点とする3D印刷サービスであるVoodoo Manufacturingです。このサービスは、プリンターのビルドプレートを手動で交換するプロセスを自動化する産業用ロボットを作成し、工場の生産性を向上させています。

3D印刷された部品の後処理は、ロボット工学の助けを借りて自動化することもできます。米国の3D印刷会社であるMethods3Dは、IMTS 2016で、ファナックのロボットアームによって可能になった、付加的に製造された部品の自動洗浄、硬化、および最終仕上げのデモを行いました。

ロボット工学の利点

産業用ロボットは、高い再現性と多軸での動きの自由度が可能な自動化された機械です。 3D印刷は、複雑な形状の部品を迅速かつ費用効果の高い方法で作成できることで有名です。ロボットによる積層造形を組み合わせると、大規模なオブジェクトを作成できる可能性があります。

多軸ロボットアームを使用すると、ロボット3Dプリンターはさまざまな方向に移動し、さまざまな角度で3D印刷できるため、複雑な形状を作成する自由度がさらに広がります。さらに、このタイプのテクノロジーは通常、サポート構造を使用しません。これは、ロボット3D印刷で作成されたオブジェクトが自立している必要があることを意味しますが、この課題は、建物のプラットフォームの向きを変えて、張り出しを可能にすることで解決できます。

ロボット工学と3D印刷の組み合わせは、材料管理の向上という点でも有益です。 3D印刷は、材料が必要な場所にのみ堆積されるため、材料の無駄を減らします。したがって、ロボット3D印刷は、製造に対する持続可能なアプローチを提供します。

ロボット積層造形の市場はまだ揺籃期にありますが、さまざまな材料や技術を使用したソリューションをさまざまな業界に提供しています。

たとえば、金属鋳造業界は、Viridis3Dによって開発されたRobotic Additive Manufacturing（RAM）システムの恩恵を受けることができます。現在、Viridis3Dは、EnvisionTECと提携して開発された4つのRAMシステムを提供しています。 StratasysのFDMベースのロボット3Dプリンターとは異なり、RAMシステムはバインダー噴射技術を含み、主に砂で機能します。インクジェットヘッドを備えたABB産業用ロボットアームを使用して、砂と液体バインダーの層を印刷プラットフォームに堆積させます。砂は徐々に融合し、大きな固体オブジェクトを作成します。

RAMシステムのユーザーの1人であるHazletonCasting Companyは、ロボットによる砂の3D印刷は、カスタムを作成するためのスケーラブルなプラットフォームを提供することもあり、金属鋳造業界のゲームチェンジャーであると考えています。幾何学的に複雑な砂のコアとモールドをより速く、オンデマンドで。

3D印刷とロボット工学：ユースケース

建設業界は、ロボット3D印刷の最大の受益者の1つになる可能性があります。一部の建設会社は、さまざまな材料を使用して3Dプリントする産業用ロボットアームに目を向けています。

たとえば、フランスの新興企業XtreeEは、ABBロボットアームにコンクリート押出機を装備して、複雑な幾何学的形状を作成しています。 14メートルもの高さの構造物。この3Dプリンターを使用すると、産業用ロボットアームを自由に動かすことができるため、設計者や建築者はさまざまな形状を試すことができます。 XtreeEは、土木および建築会社と協力して、印象的なプロジェクトポートフォリオを開発しました。 XtreeEのプロジェクトには、持続可能な設計と建設の概念を探求し、3D印刷されたファサードパネル、柱、ベンチ、さらにはパビリオンが含まれます。

金属を使用したロボット積層造形も可能です。 MX3D Metalは、オランダの会社MX3Dによって開発されたハイブリッド3Dプリンターの優れた例です。 3Dプリンターは、産業用ロボットと溶接機を組み合わせて、大きな金属の3次元構造を作成します。ワイヤー状のさまざまな金属を使用して、機械は一度に少量の材料を溶かして溶かし、サポートを使用せずに自由な形の構造を生成します。同社は昨年、3Dプリントされた長さ12メートルの鋼製ブリッジで注目を集めました。これは2018年末までに完成して設置される予定です。

建設におけるロボット3D印刷アプリケーションを推進している別の会社は、ロンドンを拠点とするAiBuildです。 Ai Buildは、2015年の設立以来、大規模な3D印刷で使用する人工知能とコンピュータービジョンを開発してきました。その結果、AiMaker –ロボットのAIを利用した3D印刷ツールヘッドが生まれました。これは、あらゆるロボットアームに取り付けることができ、プラスチックから大規模な建築物を積層造形することができます。 AIアルゴリズムをセンサーやカメラと組み合わせることで、AiMakerは印刷プロセスを監視し、発生した問題を検出できます。

将来を見据えて

人工知能と組み合わせたインテリジェントな産業用ロボットと付加機械は、スマートで自動化された修理を含む、はるかに幅広いアプリケーションを持つことができます。 Swinburne工科大学は、Innovative Manufacturing Cooperative Research Center（IMCRC）およびTradiebot Industriesと協力して、RepairBotと呼ばれるプロジェクトに取り組んでいます。このプロジェクトは、プラスチック製の自動車部品の自動修理サービスの開発を目的としています。 3Dスキャンと3D印刷を使用して交換部品を作成し、産業用ロボットが組み立てプロセスを自動化します。

最終的に、積層造形とロボット工学の組み合わせは、大規模化を可能にするだけでなく、 3Dプリントされたオブジェクトをスケーリングします。全体像を見ると、産業用ロボットは、テクノロジーを従来の自動生産システムと統合するのに役立ちます。アディティブマニュファクチャリングの自動化とその産業環境への統合は、最終的には将来のスマートマニュファクチャリングに多くの機会をもたらします。