3D プリント用ロボット アーム:大手メーカー、メリットとデメリット

3D プリンタ ロボット アームは、3D プリント ヘッドが取り付けられた産業用の多関節機械アームです。これにより、産業規模での 3D プリンティングを可能にするスケールと多用途性が提供されます。金属を印刷するためのワイヤーアーク積層造形や、ペレットを使用して印刷するためのペレット押出など、さまざまな 3D 印刷技術に適用できます。 3D プリンティング ロボットは急速に開発されており、その規模から建設業界で多くの用途が期待されています。大規模な積層造形へのさまざまなアプローチを開発および商品化するために、ロボット アームのサプライヤーとサードパーティの 3D プリンティングの専門家との数多くのコラボレーションが進行中です。この記事では、3Dプリンターロボットアームとそのメーカー、メリット、デメリットについて解説します。 

3D プリント用のロボット アームとは何ですか?

3D プリント用のロボット アームは、ロボット アーム製造の一形態です。産業用の多関節ロボット アームは、プリントヘッドを移動させてコンポーネントを積層造形するために使用されます。ロボット積層造形 (RAM) とも呼ばれます。溶融堆積モデリング (FDM) や指向性エネルギー堆積 (DED) などの確立された 3D プリンティング方法を利用できますが、供給材料の移動と位置決めはガントリーではなくロボット アームによって行われます。以下の図 1 は、産業用途で使用される標準的な多関節ロボット アームを示しています。

詳細については、3D プリントに関するすべてに関するガイドを参照してください。

3D プリント プロジェクトにおけるロボット アームの利点は何ですか?

ロボット アーム 3D プリントには、次のような多くの貴重な利点があります。

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3D プリントにロボット アームを使用すると、一般的な内蔵型 3D プリンタと比較して、より大きなスケールのモデル (任意の寸法で 1 m 以上) をすぐにプリントできるようになります。ロボットが移動できる場合は、1 次元で 30 m もの大きなモデルを印刷できます。

5 軸または 6 軸の動きにより、3D プリント ヘッドは自由に動くことができます。これにより、コンポーネントを構築するために複雑なパスをトレースできるようになります。

ロボット アームを使用すると、プリント ヘッドが自由に動くため、サポートなしでほとんどのモデルを構築できます。ただし、一部のモデルでのサポートを完全に回避するには、モデルの向きを変更できるように、ビルド プラットフォームも移動する必要がある場合があります。

ロボット アームには、WAAM や CBAM など、複数のフィード材料の使用を可能にするさまざまな 3D プリント治具を取り付けることができます。

3D プリント プロジェクトにおけるロボット アームの欠点は何ですか?

ロボット アーム 3D プリントには、次のような多くの複雑さと制限があります。

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ロボット アームを使用すると、すでに高価な積層造形システムに加えて、大幅なコストが追加されます。セットアップを組み合わせると、10 万ドルを超える費用がかかることが予想されます。

複雑さ。

ロボット アームを使用した 3D プリントのセットアップのほとんどは、アームは 1 つの専門サプライヤーから、プリントヘッドは別のサプライヤーから、場合によってはソフトウェアも 3 番目のサプライヤーから提供されます。単一のプロバイダーからオールインワン ソリューションを購入するのは一般的でも簡単でもありません。このため、さまざまなプラットフォームの統合に多少の困難が生じます。

ロボット アーム 3D プリント メーカーのさまざまなソリューションとは何ですか?

一般に、ロボットを供給し、3D プリント組織と協力するロボット アーム メーカーが存在します。さらに、ロボット アーム サプライヤーの協力を得て、積層造形への独自のアプローチを開発する 3D プリンティング テクノロジー パートナーもいます。以下に、さまざまなロボット アーム 3D プリント メーカーの一部を示します。

1. ABB

ABB は大規模な多国籍企業です。ロボットアームの設計と供給に関わる企業はABB Roboticsです。 ABB はロボットだけでなく、人気の RobotStudio® ソフトウェアも提供しており、Massive Dimension などの専門組織と協力して 3D プリンティング テクノロジーを推進しています。

2.クカ

KUKA は、ロボット アーム 3D プリンタに広く使用されているドイツのオートメーションおよびロボティクス企業です。人間と一緒に働く協働ロボットにも特化しています。 KUKA は Orbital Composites などの他の 3D プリンティング チームと提携しており、そのロボットは複数の異なる 3D プリンティング アプリケーションに使用されています。

3.コマウ

Comau はイタリアのオートメーションおよびロボットのサプライヤーです。同社は特に、IoT と AI をロボット アームの操作に統合することに重点を置いています。 CEAD や Continuous Composites などのサードパーティ 3D プリント会社は、Comau ロボット アームを製造に使用しています。

4. Hyperion Robotics のロボット アーム

Hyperion はフィンランドのヘルシンキで生まれ、建設業界に重点を置いています。同社は、3D プリント構造物を押し出すための独自の建築混合物を開発しました。これにより、セメント含有量が制限され、廃棄物のリサイクルが最大限に活用されます。

5. CEAD

CEAD はオランダのデルフトに拠点を置いています。 3D プリンティング機能と CNC フライス加工機能を 1 つのユニットに統合することに重点を置いている点がユニークです。特に CEAD の AM Flexbot は、単一の製造ステーションとして多くの用途に使用されています。

6. Weber Additive の DXR シリーズ

ドイツの Weber Additive は、ロボット アーム 3D プリンターの DXR シリーズで知られています。彼らは、ポリマーの積層造形に押出機を使用しています。

7.オービタルコンポジット

Orbital Composites は、ロボット アーム 3D プリンティング業界のパイオニアです。その Orbital S は初の産業規模ロボット 3D プリンターであり、2 m/s という驚異的な速度を誇ります。

8.巨大な次元

Massive Dimension は大規模 3D プリンティングに焦点を当てており、ターンキーのロボット プリンティング セルを提供しています。その技術はポリマー ペレットの押出に重点を置いています。

9.ダイズデザインパルサー

Dyze Design の Pulsar™ は、さまざまな動作条件を管理することを目的とした大規模なペレット押出積層造形システムです。熱シールド、水冷回路、複数のノズル サイズを備えたパルサーは、さまざまなポリマーを印刷できます。

10. MX3D

オランダの MX3D は、現在アムステルダムに設置されている鋼製歩道橋の 3D プリントで広く知られています。 MX3D は、WAAM テクノロジーを使用した金属による印刷に重点を置いており、この目的のために独自の専用ソフトウェアを開発するまでに至りました。

11.連続コンポジット

Continuous Composites は、特許取得済みの炭素繊維印刷技術 CF3D で成功を収めています。同社は、宇宙で使用するコンポーネントの製造を NASA から委託されています。

12.ブランチテクノロジー

ブランチ テクノロジーは、ナッシュビルにある完全に 3D プリントされたパビリオンなど、3D プリント構造に焦点を当てています。同社は建築家やデザイナーと協力して、建物への 3D プリントの応用を推進しています。

ロボット アームは 3D プリントでどのように機能しますか?

3D プリンティング用のロボット アームは、プリントヘッドがアームの端に取り付けられている点を除いて、一般的な産業用ロボット アームと非常によく似た方法で動作します。ロボット アームには複数の関節があり、それぞれがある程度の自由な動きを提供し、合計で 5 軸または 6 軸の制御を実現します。ロボットは、潜在的な位置の範囲全体にわたってプリントヘッドを移動、傾け、位置決めすることができます。このようにして、ロボット アームはコンポーネント上でプリントヘッドを移動させ、複数のレイヤーと輪郭を印刷します。

ロボット アーム 3D プリント用のソフトウェア オプションは何ですか?

ロボット アーム プリント用ソフトウェアは、モデルを正確にプリントするためにロボット ヘッドが移動する最適な経路を計算することに重点を置いています。以下に、ソフトウェアの一般的な 3 つのオプションを示します。

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ロボットスタジオ ® ABB の 3D プリント PowerPac: このソフトウェアは、溶接や顆粒の印刷など、さまざまな積層造形プロセスを管理できます。印刷物全体は、実際のロボットに送信して構築する前に、RobotStudio® でシミュレーションおよび視覚化できます。

ADAXIS の AdaOne: 経路計画ソフトウェアは、さまざまなロボット ブランドおよびその内部プログラミング言語で動作できます。複数の印刷素材に対応できます。

MX3D の MetalXL: このソフトウェアは、MX3D の焦点である WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) に特化しています。これには、印刷の実現可能性とパス計画、印刷のシミュレーションと制御、印刷後の分析のためのモジュールが含まれています。

3D プリンター ロボット アームに関するよくある質問

3D プリント ロボット アームの寿命はどれくらいですか?

3D プリンティングのロボット アームの寿命は 8 年程度と予想されています。これは、複数の業界で使用されている産業用多関節ロボット アームの現在の寿命に基づいています。これらのロボットは 20 年間も実用的に使用できます。ただし、3D プリンティングへの応用はまだごく最近であり、集中的に開発が進められているため、このような寿命が長くなる可能性は低いです。また、ロボットは 8 年経ってもまだ十分に動作している可能性がありますが、ロボット アームの先端に取り付けられた 3D 印刷機械の寿命はそれほど長くない可能性があります。これは、最近開発されたものであることと、技術進化のペースが速いため、それらが無関係になる可能性があるためです。

ロボット アームは住宅を印刷できますか?

いいえ、一般的な多関節ロボット アームでは印刷所を印刷できません。ロボット アーム 3D プリンタの印刷量には制限があり、アームの寸法と固定ベースからの距離によって設定されます。したがって、ロボットアーム 3D プリンタは通常、コンポーネントを印刷することしかできず、その後、それを組み立てて建物などの大きな物体を作ることができます。住宅を印刷できる大型 3D プリンタは、ガントリー スタイル 3D プリンタの特殊バージョンであり、住宅に十分な量の印刷をカバーできるようにより大きな構造が構築されます。

ロボット アームの印刷可能領域は限られていますか?

はい、ロボット アームの印刷可能領域は限られています。ほとんどのロボット アームには固定ベースがあるため、そのベース周囲の到達範囲はアームの長さによって制限されます。 3D プリンティングでは、その到達距離は 1.5 m 程度です。一部のロボット アームはレールに取り付けられており、その方向に印刷可能領域が追加されます。ただし、性質上、印刷可能な領域はロボット アームの実際の到達範囲によって依然として制限されます。

ロボット アームの品質は 3D ソフトウェアに依存しますか?

はい、ロボット アームは最終的な印刷パーツの品質を 3D ソフトウェアに依存します。大規模な 3D プリンティングは信じられないほど複雑で、ロボット アームの動きはソフトウェアによって注意深く制御する必要があります。印刷される素材、および温度と湿度による収縮の特性に応じて、印刷を制御するソフトウェアはその収縮をモデル化できる必要があります。さらに、ソフトウェアは、ロボット アームが成長に伴ってビルドと衝突しないように、構築中の開発中のパーツを正確にモデル化する必要があります。固化する際の供給材料の特性を正確にモデル化できないソフトウェアでは、ロボット アームの動作精度に関係なく、良好な最終品質は得られません。

3D プリント用のロボット アームとガントリー システムの違いは何ですか?

ロボット アームと 3D プリント用のガントリー システムには多くの違いがあります。最初の違いは、ロボット アームは 6 軸で移動できるのに対し、ガントリー システムは 3 軸でしか移動できないことです。これは、ロボット アームが曲面や球形のアイテムの印刷に適しているのに対し、ガントリー システムは立方体のプリントに適していることも意味します。ただし、ガントリー システムはロボット アームよりも大きなユニットを印刷できます。ガントリー システムの一般的な精度もロボット アームの精度よりも優れている傾向があります。ロボット アームは (特定の終点での) 点精度が非常に優れていますが、移動経路に沿った精度はまだ改善されています。詳細については、3D プリント用のロボット アームとガントリー システムに関するガイドを参照してください。

概要

この記事では、3D プリンター ロボット アームを紹介し、それが何であるかを説明し、そのさまざまな用途について説明しました。 3D プリンター ロボット アームの詳細については、Xometry の担当者にお問い合わせください。

Xometry は、プロトタイピングや生産のあらゆるニーズに対応する 3D プリンティングやその他の付加価値サービスを含む、幅広い製造機能を提供します。詳細を確認するか、義務のない無料の見積もりをリクエストするには、当社の Web サイトにアクセスしてください。

著作権および商標に関する通知

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RobotStudio® は、スウェーデン、ヴェステラスの ABB AB の登録商標です

Pulsar™ は、Dyze Design Inc. (ケベック州ルモイン) の商標です

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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