3Dプリント製カスタム燃料インジェクタグリッパー：ピックアンドプレース効率の向上

ウィスコンシン州に本社を置くSTSテクニカルグループは、約40年にわたり製造業者と提携し、人材派遣、技術設計、エンジニアリングソリューションを提供してきました。全米で250人以上の専門家を擁し、製造テクノロジーの進化とともに一貫して成長し、現代の生産環境の要求に応える最先端サービスを提供し続けています。

STSは、フォームラブズのSLA 3Dプリントプラットフォームを、豊富な材料ライブラリ、医療グレードの品質、優れた部品仕上げという点で選択しました。これらは、厳しい製造条件に耐えるコンポーネントを作成する際に不可欠な属性です。

コンポーネントに適した製造方法の選択

新しい部品を開発する際、鋳造、切削加工、3Dプリントのいずれの製造プロセスを選択するかは、設計の複雑さ、材料性能、コストを慎重に評価する必要があります。以下は、産業用部品におけるSLA 3Dプリントの主な利点です：

• 25ミクロン以下の層解像度により、従来の鋳造や切削加工よりも精細なディテールを実現
• 高度に複雑な設計でも、材料費と工具費を削減
• リードタイムが大幅に短縮（数週間ではなく数日）
• 後加工が不要で、高価な設備と熟練労働力を必要としない
• 耐久性と軽量性を兼ね備えた幅広いレジンおよび金属充填コンポジット
• デジタルファイルとして保存・再利用・変更が可能で、物理的な在庫管理が不要
• ネジ穴や六角穴などの組み込み機能を設計に組み込み、設置を容易化
• 衝撃力が懸念される場合、レジン部品はグレースフルに破損するのに対し、金属部品は変形して公差内に留まる可能性がある
• 摩耗部品の交換コストが低く、ターンアラウンドが迅速
• プリント面に直接塗装やコーティングが可能
• 溶融、欠け、割れなどで切削が困難な材料も安全にプリント可能
• 出荷重量の軽減により物流コストを削減

金属部品は一般的に高い強度を提供しますが、多くの用途では部品の形状と性能要件がSLAの能力と合致すれば、エンジニアリングレジンで十分対応できます。材料選定時は、温度、湿度、腐食性物質などの使用環境を考慮してください。Form 3Lのような大型プリンターを使用すれば、解像度を犠牲にすることなく大型部品の製造が可能です。

カスタム燃料インジェクタグリッパーの設計とプリント

ピックアンドプレース作業では、繊細な部品を確実に把持し、一貫した位置決めを維持し、繰り返しサイクルに耐えるグリッパーが求められます。グリッパーの設計には以下の要素を考慮する必要があります：

• 燃料インジェクタとの材料適合性（表面損傷の防止）
• 把持力と接触面積による力の均等な分散
• インジェクタの形状（多くの場合、複雑な特徴を持つ円筒形）
• 下流工程で必要なクリアランスと公差
• 統合された六角穴によるファスナー取り付けなど、設置の容易さ

従来の空気圧シリンダーグリッパーは通常、V字型のジョーを備え、力が集中してグリッパーとインジェクタの両方に摩耗を引き起こす可能性があります。また、精密な位置決めに必要な精度に欠け、二次的なアライメント装置が必要となることがよくあります。

STSは、3Dプリントを活用して完全に包み込むような放射状配向のグリッパーを作成することで、これらの制限を克服しました。プロセスは、燃料インジェクタのCreaformレーザー3Dスキャンから始まり、VX Elementsモデリングソフトウェアで取得されました。このスキャンにより、正確で高解像度のデジタルレプリカが得られ、手動測定が不要になり、精密なCADモデリングが可能になりました。

初期プロトタイプは、Formlabs Form 3 SLAプリンターでスタンダードブラックレジンを使用してプリントされ、フィットと機能を評価しました。この設計は、グリッパーの両半分を1回のビルドでプリントできることを実証し、SLA製造の速度と柔軟性を示しました。

本番生産では、STSはリジッド4000レジンに切り替えました。これはガラス充填ポリマーで、優れた剛性、耐久性、高品質な仕上げを提供し、製造環境での繰り返し使用に適しています。

ホワイトペーパー

高解像度モデルを提供する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プリントの仕組みと、複雑な部品に最適な理由をご覧ください。

結果

新しいグリッパーはすべての性能基準を満たしました：

• 表面積の増加によりピーク圧力が低減し、インジェクタの損傷とグリッパーの摩耗を最小化
• 放射状の動作により内部クリアランスが確保され、鋭いエッジがなくなりスムーズなリリースを実現
• 正確な形状によりインジェクタを精密に位置決めし、追加のアライメント治具の必要性を削減
• 把持力の低減により、空気圧/油圧圧力要件を削減
• 統合された六角穴により組み立てとメンテナンスを簡素化
• プロセス内シリアル化（バーコードのエンボス加工など）により、後処理のラベル貼り工程を排除

これらの利点が相まって、従来のグリッパーと比較してコスト削減、リードタイム短縮、全体的な信頼性向上を実現しました。

結論

Formlabs Form 3プラットフォームと堅牢なCADワークフローの組み合わせは、カスタム工具のための従来製造に代わる強力な選択肢であることを実証しています。3Dプリント部品は、金属部品の耐久性に匹敵または超える一方で、優れた設計柔軟性、迅速な生産、低い総所有コストを提供します。

STSテクニカルグループは、3Dプリントを活用して自動化製造の進化するニーズに応え、高精度なカスタムソリューションを継続的に提供していきます。

ホワイトペーパー

3Dスキャンとプリントがリバースエンジニアリングと計測プロジェクトをどのように加速するかをご覧ください。 ホワイトペーパーをダウンロード または ウェビナーを視聴 して詳細をご確認ください。