ロボット アーム vs. ガントリー システム:サイズと設置面積に最適な 3D プリント アーキテクチャの選択

3D プリンターの分野には単純な分裂があります。確立された市場は主に、スライド レールとドライブが組み込まれたフレームまたはガントリーに組み込まれたモーション システム内で運ばれる機械で構成されています。これらはガントリーマシンです。一方で、業界の多くは、自立型ロボット アームをベースにした大規模な機械を好みます。これにより、機械の設置面積を小さくしながら、潜在的な構築サイズが増加します。

ロボット アーム 3D プリンティングの利点は、より大きなビルドでのみ実際に現れます。この場合、ビルドの体積はガントリーの厳密な境界内に制限されるのではなく、アームの到達範囲によって決まります。この記事では、3D プリントにおけるロボット アームとガントリー システムの違いについてさらに詳しく説明します。

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、より一般的な X-Y-Z 直交アプローチとは大きく異なる機械アームです。このようなアームは、デバイスがより広い範囲の方向および向きに移動できるため、有益となり得る。したがって、このアプローチにより、より多くの自由度を使用して 3D オブジェクトを印刷することが容易になります。詳細については、3D プリンター ロボット アーム ガイドを参照してください。

図 1 は、ロボット アーム 3D プリンタの例です。

ロボット アーム 3D プリントは、小さな部品の製造には一般的に使用されません。直交マシンをより実用的にするには、小規模なスケールでは困難があります。ロボット アームは、特に小規模な場合、ガントリ ベースのロボット アームよりも高価になる傾向があります。 

一般に、自動車および航空宇宙分野で大型部品を印刷する場合、ロボット アームには 3D 印刷押出機プリントヘッド (FDM/FFF/FGF) またはレーザー/TIG 溶接機ヘッドが装備されます。 

どちらもマテリアルを堆積して最終オブジェクトを作成できます。アームは正確なパターンで押出機を動かすようにプログラムされており、物体が完成するまで材料を堆積させます。ただし、このようなアームのセットアップは、層をより複雑な構造に変更する押し出しベースのプロセスで動作する可能性があります。これは、追加の自由度により、アームがより複雑な方法 (非平面印刷など) で印刷プロセスにアプローチできるためです。

ロボット アーム 3D プリントを使用すると、直交機械を使用して作成するのが困難または不可能な複雑な形状の大きなオブジェクトや部品をプリントできます。

ロボット アームはどのようなプロジェクトを印刷できますか?

ロボット アーム 3D プリンティングは、直交機械では達成できない柔軟性を追加します。印刷できるものの例を以下に示します。

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一般的な 3D プリンタには大きすぎる大きなオブジェクト。例としては、大型の自動車部品、実物大の家具、建築コンポーネント、建物全体などがあります。

押出機を交換することで、ロボット アーム プリンターで複数の素材、異なる色、添加剤を使用できるようになります。

デバイスの剛性と品質に応じて、ロボット アーム プリンターの動作は非常に正確になります。これにより、大規模な設計や複雑な設計の実行中に高い精度が維持されます。

動きの自由度が増すため、特殊な形状や方向での印刷がより容易になります。これにより、曲面への直接印刷（非平面印刷）やビルドの下面への印刷が可能になります。

アームが材料パスを切り離して障害物の反対側から続行できるため、複雑な形状の 3D プリントが可能です。これにより、直交 3D プリント技術では実現できないことが多い、連動したオブジェクトのプリントが可能になります。

ロボット 3D プリントの機能は、アームのサイズと剛性、その動きの精度と再現性によってのみ制限され、プリントされるオブジェクトの複雑さによって制限されるわけではありません。

3D プリント用ロボット アームの利点は何ですか?

ロボット アーム 3D プリンティングには、ガントリー/直交マシンに比べて次のようなさまざまな利点が重要であると考えられています。

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印刷領域/ボリューム: このアプローチにより、到達範囲の容積によってのみ制限される、比較的小型のマシンで非常に大きな印刷が可能になります。

サイズ: 小型のデバイスでは、より大きな印刷物を配信できます。

コスト/サイズ: ロボット アームは安価ではありませんが、機能が劣る非常に大型の直交プリンタと競合できます。 

パーツの形状: ロボット アームは多軸でビルドにアクセスできるため、ビルド ジオメトリの制限が大幅に軽減されます。

異方性制御: 厳密な一軸積層は必要ないため、ビルドの「粒子」は領域ごとに選択できます。これにより、パーツの強度をさまざまな方向に向けることができ、プリントの全体的な堅牢性が向上します。

3D プリント用ロボット アームの欠点は何ですか?

ロボット アーム 3D プリントには直交プリント方法に比べて利点がありますが、次のような欠点もあります。

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ロボット 3D プリントのセットアップには費用がかかり、中小企業や個人にとっては法外な費用となります。

ロボット 3D プリントには、印刷ジョブの作成と実行、およびハードウェアの初期セットアップの点で、直交プリンタやガントリー プリンタよりもかなり高いレベルの技術的専門知識が必要です。

ロボットは本質的に守られていないため、傍観者を簡単に傷つける可能性があります。バリアと侵入センサーを使用する必要があります。

すべての機械と同様、ロボット アームも定期的なメンテナンスと時折の修理が必要です。これは、直交/ガントリー 3D プリンタよりもはるかにコストと時間がかかる可能性があります。

ロボット アームには 6 つの軸がありますか?

はい、ロボット 3D プリンターには 6 軸があることがよくありますが、多くのロボット アームの自由度は低くなります。 6 軸ロボット アームには、3 つの回転軸 (ロール、ピッチ、ヨー) と 3 つの並進軸 (上下、左右、前後方向) の 6 つの動作軸があります。 3D プリンティングに使用される産業用ロボット アームでは、6 軸の可動性が標準です。一部のロボット 3D プリンタには、意図された用途に応じて 6 軸以上 (またはそれ以下) の軸が搭載されている場合があります。

3D プリント用のガントリー システムとは何ですか?

3D プリンティング用のガントリー システムは、プリントヘッド/押出機をサポートし、移動中および印刷中にその動きをガイドするビームとスライド レールで構成される構造です。重要な機能は剛性と精度であり、ビルド内に印刷アプリケーション ポイントを正確に配置します。ガントリー システムにより、デルタ プリンターやデカルト プリンターよりも大きなビルド高さ (したがって体積) が可能になります。ガントリー システムは通常、ほとんどの 3D プリンティング技術に適用できます。印刷深度を考慮した Z 軸機構は、Z 軸機構を搭載したガントリーからの動き、または別の機構上の造形テーブルの動きの結果として得られます。

ガントリー システムは、その固有の剛性と大きな造形ボリュームの可能性により、産業用/プロフェッショナル用と家庭用/ホビー用の機械の両方に広く普及しています。図 2 は、3D プリント用のガントリー システムの例です。

ロボット アームとガントリー システムに関するよくある質問

3D プリント用のガントリー システムに対するロボット アームの主な利点は何ですか?

3D プリンティング用のガントリー システムに対するロボット アームの主な利点は、大規模なプリントでの到達距離が長く、造形ボリュームが大きいことです。大型の直交ガントリー プリンタを建築現場に移動するには、通常、輸送のために分解する必要があり、現場でのセットアップが非常に困難になります。ロボット アームは適度なサイズに縮むことができ、意図した構築場所に簡単に配置できます。

3D プリント用のロボット アームに対するガントリー システムの主な利点は何ですか?

ガントリー ベースの 3D プリンタは、ロボット アーム ベースのマシンよりも購入、操作、メンテナンスのコストが低くなります。

建設に使用される 3D プリンタのタイプはどれですか?

サイズなどのさまざまな要因に応じて、ガントリー タイプとロボット アーム タイプの 3D プリンタの両方が建築建設に使用されます。現場でのビルドはロボット アーム プリンタを使用して実行されるのが一般的ですが、固定サイトでのコンポーネントの製造はガントリ ベースのマシンを使用する方が現実的です。

金属プリントに使用される 3D プリンタのタイプはどれですか?

ほとんどの金属 3D プリンタ (特にパウダー ベッド フュージョンに基づくもの) は、レーザーと回転するミラーを利用して、レーザーをベッドに向けます。これらはロボットやガントリーベースのシステムでもありません。通常、不活性ガスを使用した制御された環境で動作し、小型部品に適しています。

ただし、特定の金属印刷技術、特に大型部品の製造に使用される技術では、ロボット アームを使用することができます。 WAAM (ワイヤー アーク積層造形) システムでは、多くの場合、ロボット アームに取り付けられたアーク溶接機が特徴です。

大型機械でのロボット アームベースの印刷の利点により、これは実用的ではありますが、一般的ではないオプションとなっており、市場 (したがって機械メーカー) は関心を高めています。

これらの 3D プリンターにはメンテナンスが必要ですか?

はい、すべての 3D プリンターは、信頼性の高い精度を実現するために大規模な定期メンテナンスが必要です。ある点では、3D ロボット アーム プリンタは定期メンテナンスの必要性が低くなりますが、そのメンテナンスはかなり複雑で、実行コストが高くなります。

これらの 3D プリンタの印刷可能領域は限られていますか?

ほとんどの 3D プリンタには、可動性 (CyBe RT コンクリート 3D プリンタなど) またはコンベア ベルトの形の「無限」軸がない限り、構築可能な領域に制限があります。

これらの 3D プリンターは長持ちしますか?

はい、3D プリンターは、メンテナンスが徹底的かつ定期的に行われ、必要な部品が入手可能であれば、長期間使用できます。これらのマシンは、コスト効率が高い限り機能し続けます。この分野では、機械の性能が上回ったり、新開発によって印刷コストが低下したりするため、陳腐化が急速に進みます。したがって、マシンの商業的実行可能性が、マシンの稼働継続の決定要因となる可能性があります。

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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