サーボ モーターとロボットは、付加的なアプリケーションを変革しています。アディティブ マニュファクチャリングおよびサブトラクティブ マニュファクチャリング向けのロボット オートメーションと高度なモーション コントロールを実装する際の最新のヒントとアプリケーション、およびハイブリッド アディティブ/サブトラクティブ手法について学びましょう。
自動化の推進
サラ・メリッシュとローズマリー・バーンズ著
電力変換デバイス、モーション制御技術、極めて柔軟なロボット、その他の先進技術の折衷的な組み合わせの採用が、産業全体にわたる新しい製造プロセスの急速な成長の原動力となっています。プロトタイプ、部品、製品の製造方法に革命をもたらしたアディティブ マニュファクチャリングとサブトラクティブ マニュファクチャリングは、製造業者が競争力を維持しようとする効率性とコスト削減をもたらした 2 つの主要な例です。
3D プリンティングと呼ばれる積層造形 (AM) は、通常はデジタル設計データを利用して、材料を層ごとに下から上に融合させて固体の 3 次元オブジェクトを作成する、非伝統的な方法です。ニアネットシェイプ (NNS) 部品を無駄なく製造することが多く、基本的な製品設計と複雑な製品設計の両方に AM を使用することは、自動車、航空宇宙、エネルギー、医療、輸送、消費者製品などの業界に浸透し続けています。それに対して、サブトラクティブ プロセスでは、高精度の切断または機械加工によって材料のブロックからセクションを削除して 3D 製品を作成します。
重要な違いはありますが、加算プロセスと減算プロセスは、製品開発のさまざまな段階を補完するために使用できるため、必ずしも相互に排他的であるわけではありません。初期のコンセプト モデルまたはプロトタイプは、加算プロセスによって作成されることがよくあります。製品が完成すると、より大きなバッチが必要になる場合があり、サブトラクティブ マニュファクチャリングへの扉が開かれます。最近では、時間が重要であるため、損傷/摩耗した部品の修理や、より短いリードタイムで高品質の部品を作成するなどの目的で、ハイブリッドな加算/減算法が適用されています。
自動転送
顧客の厳しい要求に応えるために、製造業者は、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、クロム、チタン、アルミニウム、その他の異種金属などのさまざまなワイヤ材料を部品構造に統合しており、柔らかくても強度のある基材から始めて、硬くて摩耗性の高い材料で仕上げています。 -耐性のあるコンポーネント。このことは、特にワイヤー アーク積層造形 (WAAM)、WAAM サブトラクティブ、レーザー クラッディング サブトラクティブ、装飾などのプロセスが関係するアディティブ マニュファクチャリング環境とサブトラクティブ マニュファクチャリング環境の両方で、生産性と品質を向上させるための高性能ソリューションの必要性を部分的に明らかにしました。ハイライトは次のとおりです。
- 高度なサーボ技術:市場投入までの時間の目標と、寸法精度と仕上げ品質が関係する顧客の設計仕様をより適切に達成するために、エンドユーザーは、最適なモーション制御を実現するサーボ システム (ステッピング モーターではなく) を備えた高度な 3D プリンターに目を向けています。安川電機の Sigma-7 などのサーボ モーターの利点は、積層プロセスを根底から覆し、製造業者がプリンターのブースト機能によって一般的な問題を克服できるようにします。
- 振動抑制: 堅牢なサーボ モーターには振動抑制フィルター、共振防止フィルター、ノッチ フィルターが備わっており、ステッピング モーターのトルク リップルによって引き起こされる視覚的に不快な段差を排除できる非常にスムーズな動作を実現します。
- 速度の向上: ステッピング モーターを使用した 3D プリンターの平均印刷速度の 2 倍以上となる 350 mm/秒の印刷速度が実現しました。同様に、ロータリーを使用すると最大 1,500 mm/秒の移動速度、リニア サーボ テクノロジーを使用すると最大 5 メートル/秒の移動速度を実現できます。高性能サーボによる極めて高速な加速機能により、3D プリント ヘッドを適切な位置にさらに迅速に移動させることができます。これは、望ましい仕上がり品質に到達するためにシステム全体の速度を下げる必要性を軽減するのに大いに役立ちます。続いて、モーション コントロールのこのアップグレードにより、エンド ユーザーは品質を犠牲にすることなく、1 時間あたりにより多くの部品を製造できるようになります。
- 自動チューニング: サーボ システムは独自のカスタム チューニングを独立して実行できるため、プリンタの機構の変更や印刷プロセスの変動に適応することができます。 3D ステッピング モーターは位置フィードバックを利用していないため、プロセスの変化や機構上の不一致を補正することはほぼ不可能です。
- エンコーダ フィードバック: 絶対的なエンコーダ フィードバックを提供する堅牢なサーボ システムでは、ホーミング ルーチンを 1 回実行するだけで済み、稼働時間が大幅に短縮され、コストが削減されます。ステッピングモーター技術を使用する 3D プリンターにはこの機能がないため、電源を入れるたびにホームに戻す必要があります。
- フィードバック センシング: 3D プリンターの押出機は印刷プロセスのボトルネックになることがよくありますが、ステッピング モーターには押出機の詰まりを検出するフィードバック センシング機能がありません。この欠陥により、印刷ジョブ全体が台無しになる可能性があります。これを念頭に置いて、サーボ システムは押出機のバックアップを検出し、フィラメントの剥離を防ぐことができます。優れた印刷パフォーマンスの鍵は、高解像度の光学式エンコーダーを中心とした閉ループ システムを備えていることです。 24 ビットの絶対高分解能エンコーダを備えたサーボ モーターは、16,777,216 ビットの閉ループ フィードバック分解能を提供し、軸と押出機の精度を向上させ、同期とジャム保護を実現します。
- 高性能ロボット:堅牢なサーボ モーターが付加的なアプリケーションを変革しているのと同じように、ロボットも同様です。優れた経路性能、堅固な機械構造、高い防塵 (IP) 評価と、高度な防振制御および多軸機能の組み合わせにより、柔軟性の高い 6 軸ロボットは、3D の利用を取り巻く要求の厳しいプロセスにとって理想的な選択肢となります。プリンター、サブトラクティブ マニュファクチャリングおよびハイブリッド アディティブ/サブトラクティブ手法の主要なアクションも含まれます。
3D 印刷機を補完するロボットによる自動化では、複数の機械を設置して印刷された部品を取り扱うことが広く必要となります。印刷機からの個々の部品のアンロードから、複数部品の印刷サイクル後の部品の分離に至るまで、柔軟性と効率の高いロボットが操作を最適化し、スループットと生産性の向上を実現します。
従来の 3D プリンティングでは、ロボットは粉末の管理に役立ち、必要に応じてプリンターの粉末を補充したり、完成した部品から粉末を除去したりできます。同様に、研削、研磨、バリ取り、切断などの金属製造で一般的な他の部品の仕上げ作業も簡単に実行できます。品質検査だけでなく、梱包や物流のニーズもロボット技術で真正面から満たされており、製造業者はカスタム製造などのより付加価値の高い作業に時間を集中できるようになりました。
より大きなワークピースの場合は、3D プリンターの押出ヘッドを直接移動させるための長距離産業用ロボットが使用されています。これは、回転ベース、ポジショナー、リニア トラック、ガントリーなどの周辺ツールと連携して、空間自由形状構造の作成に必要なワークスペースを提供します。従来のラピッドプロトタイピングとは別に、ロボットは、大量の自由形状部品、金型フォーム、3D 形状のトラス構造、大型ハイブリッド部品の製造にも使用されています。 - 多軸マシンコントローラー:単一環境で最大 62 の動作軸を接続する革新的なテクノロジーにより、アディティブ、サブトラクティブ、ハイブリッド プロセスで使用される幅広い産業用ロボット、サーボ システム、可変周波数ドライブの多重同期が可能になりました。 PLC (プログラマブル ロジック コントローラー) または MP3300iec などの IEC マシン コントローラーの完全な制御と監視の下で、デバイス ファミリ全体がシームレスに連携できるようになりました。 MotionWorks IEC などの動的な 61131 IEC ソフトウェア パッケージでプログラムされることが多く、このようなプロフェッショナル プラットフォームは、使い慣れたツール (つまり、RepRap G コード、ファンクション ブロック図、構造化テキスト、ラダー図など) を利用します。統合を容易にし、機械の稼働時間を最適化するために、ベッドレベリング補正、押出機圧力前進制御、複数のスピンドルおよび押出機制御などの既製のツールが含まれています。
- 高度な製造ユーザー インターフェイス:3D プリンティング、形状切断、工作機械、ロボティクスのアプリケーションに非常に有益な多様なソフトウェア パッケージは、カスタマイズが簡単なグラフィカル マシン インターフェイスを迅速に提供し、より高い汎用性への道を提供します。創造性と最適化を念頭に置いて設計された Yaskawa Compass のような直感的なプラットフォームにより、メーカーはブランド化して画面を簡単にカスタマイズできます。これらのツールは、事前構築された C# プラグインの広範なライブラリを提供したり、カスタム プラグインのインポートを有効にしたりできるため、コア マシン属性の組み込みから顧客のニーズへの対応まで、プログラミングはほとんど必要ありません。
上に昇る
単一の加算プロセスと減算プロセスは依然として人気がありますが、今後数年間でハイブリッド加算/減算手法への大きな移行が起こるでしょう。 2027 年までに 14.8% の年間平均成長率 (CAGR) で成長すると予想1ハイブリッド積層造形機市場は、進化する顧客の需要の高まりに応える準備が整っています。競合他社に勝つために、メーカーは自社の運用におけるハイブリッド方式の長所と短所を比較検討する必要があります。必要に応じて部品を生産し、二酸化炭素排出量を大幅に削減できるため、ハイブリッド アディティブ/サブトラクティブ プロセスにはいくつかの魅力的な利点があります。いずれにせよ、これらのプロセスの高度なテクノロジーは無視されるべきではなく、生産性と製品品質の向上を促進するために製造現場に導入されるべきです。
投稿時間: 2021 年 8 月 13 日
