ロボット vs CNC: 金属の加工にはどちらが優れていますか?

Mar 24, 2023

2023 年 3 月 23 日 by Mark Allinson コメントを残す

Rivelin Robotics、CTO、David Alatorre 著

金属積層造形の使用は製造業界に革命をもたらし、複雑で複雑な部品をより迅速かつコスト効率の高い方法で作成できるようになりました。

ただし、これらの部品の重要な後処理により、部品あたりの全体的なコストに時間と財務上の制約が生じ、積層造形の利点が完全に無効になる可能性があります。 サポートの除去は、金属積層造形部品の後処理における重要な最初のステップであり、困難なステップです。

現在でも、サポートは製造プロセス中の部品の忠実度に不可欠ですが、意図した形状、特徴、公差を備えた必要な最終製品を実現するには、サポートを除去する必要があります。

金属積層造形の多くのアプリケーションでは依然として手動によるサポートの除去が現状ですが、この記事では自動化されたサポートの除去 (および仕上げ) ソリューションへの移行について取り上げ、コンピューター数値制御 (CNC) システムを使用する利点と欠点と汎用性を比較して検討します。そしてロボットの信頼性。

積層造形におけるサポート除去の難題は、最終的にはいわゆるサポートフリー印刷によって解決されるだろうという議論があります。 もちろん、これが究極の目標であり、資源効率を最適化して完全な設計の自由を可能にし、原材料とエネルギーはサポートではなく最終部品の製造にのみ使用されます。

残念ながら、積層造形セクターはまだ存在しておらず、設計を通じてサポートは最小限に抑えられていますが、サポートは依然として必要であり、近い将来も必要です。

サポートに使用される材料とエネルギーの量を最小限に抑えることは、ほとんどすべての状況において正しいことですが、設計の自由度が損なわれ、最終用途部品の望ましい機能に悪影響を与える可能性もあります。充填されたキャビティまたはオーバーハングを備えた設計が必要であり、軽量化の損失につながります。

ジェネレーティブ デザインでは、サポートを減らすために必要な角度を得るために不必要に制約される場合もあります。

サポートの削減に重点を置くことも、プロセスの効率に影響を与える可能性があります。 たとえば、長いパーツは特定の向きで構築する必要があるため、ビルド プレートの多くを占める必要があり、相互接続する支持構造のために積み重ねたビルドが実用的でなくなる可能性があります。

つまり、サポートを減らすために常に努力する必要がありますが、サポートは現時点でも、最も複雑な積層造形アプリケーションにとって必要なツールであることに変わりはありません。

驚くべきことに、今日でも大多数の積層造形ユーザーにとって、手作業によるサポートの除去が依然として選択されています。 従来のあらゆる種類の手動工具を使用してサポートを取り外すには、高度な訓練を受けた技術者が必要です。

ドレメルも役に立ちます。 試行錯誤されていますが、スキル、問題解決、創造性が必要です。 多品種少量生産環境に適しています。

ただし、手動によるサポートの取り外しも非常に時間がかかり、労力がかかり、面倒で、有毒な粉塵が発生するため、PPE またはシールドされた環境が必要です。 粉末の発火や爆発の危険性、反復疲労損傷がよくある問題です。

さらに、人によって、さらにはシフトごとにばらつきがあり、正確に再現できず、品質管理上の問題や廃棄率の増加を引き起こします。 また、積層造形部品の需要が大幅に増加し始めた場合、規模を拡大することも困難になります。

金属積層造形部品の後処理を自動化するソリューションにはある程度の進歩がありました。 最も一般的なのは CNC フライス盤の利用であり、積層造形へのハイブリッド アプローチを含むさまざまな製造アプリケーションで実績のある技術です。

間違いなく正確で再現性があります。 ただし、一部の分野で一般的で実績があるからといって、それが常に最適なソリューションであるとは限りません。

CNC は、対象の部品の公差が厳しく、平坦度、真円度、同心度、寸法が数ミクロン以内でなければならない場合にうまく機能します。

また、ジオメトリが単純であるか、いくつかの方向のみで簡単に固定できる大規模なバッチビルドでサポートを除去する場合にも推奨される技術です。

同様に、CNC EDM によるプラットフォームの取り外しによってサポートの大部分が処理されるようなプリントにも適しています。

ただし、CNC マシンは、薄肉コンポーネント、省スペースの積層構造、格子構造や分離サポートを備えた部品には適したソリューションではありません。 CNC プログラマーは、複合曲線を含む 1 回限りのジェネレーティブ デザインによる有機的な形状を好まないと言っても過言ではありません。

これにより、積層造形エコシステムにおけるサポートの除去を求める CNC に対する主張が明確になり、強化され始めます。

積層造形の主な推進力の 1 つは、ユーザーがコンポーネントをあるバッチから次のバッチに反復、カスタマイズ、アップグレードできる設計の柔軟性です。 つまり、生産に積層造形を使用する企業が厳格な産業オートメーションに投資することはまれです。

設計の反復や変更は、新しいツール パスに対する新しい CNC 軌道を意味し、高いコストがかかります。 積層造形では、この設計の柔軟性を製造プロセス チェーンのすべてのステップに適用する必要があります。

問題は工具や治具でも同様です。 厳格な産業オートメーションに必要な高精度の治具は、長期にわたって設計に取り組む覚悟がなければ意味がありません。

そして、バッチ間の変動の問題もあります。 たとえ完璧な治具と完璧なツールパスがあったとしても、プリンターから直接得られる完全に予測可能なサポート面に依存するのは最良のアイデアではない可能性があります。

これは、積層造形サポートがたわむことが予想されるため、AM 部品がたわむ必要がないためです。 AM サポートは粉末ストックを最大限に活用するために薄く作られています。 コンポーネントには細い接続が行われ、表面の痕跡を最小限に抑え、足場を簡単に取り外すことができます。

材料の組成はバッチ間で変更されることもありますが、これはすべて、サポートの外観や動作がバッチごとに大きく異なる可能性があることを意味します。

したがって、積層造形には、特にサポートや立会人の除去など、変動に適応できる自動化が必要です。 そして、この課題は、システム エンジニアリング チーム全体を動員することなく、ツールパスとロボットの動作を生成するための高度なソフトウェアと人工知能システムを使用することで解決されました。

これにより、迅速な反復と小さなバッチの自動化が可能になります。

高精度の治具の代わりに 3D スキャンを使用して部品の位置を特定できるため、精度や設計の変更を気にすることなく、デスクトップ FDM プリンタを使用してプラスチック製の治具を迅速に作成できます。

さらに、力センサーを使用して表面を感じ、それに応じて加工を調整したり、最終形状に達するまで高い箇所に時間を費やしたり、一貫した仕上げに研磨したりすることができます。

大きな利点の 1 つは、サポートの取り外しと仕上げにあらゆるツールを使用できることです。 印刷された材料またはサポートの種類にどのツールが適しているかがすでにわかっている場合は、まったく同じツールをロボットに取り付けて、より確実に自動化することができます。

今日のテクノロジーでは、新しいカスタム ツールを追加する手順は基本的に CNC マシンに新しいタイプのエンドミルを追加するようなもので、時間単位で料金を請求するシステム インテグレーターは必要ありません。

金属積層造形の後処理を専門とする Rivelin Robotics は、これを実現する製品をすでに提供しています。 同社は、幅広い AM 後処理アプリケーション向けのロボットの開発と設置を専門としています。

金属積層造形部品からサポートを除去するという状況において、Rivelin Robotics は、この作業を確実かつ正確に実行するように特別に設計された高度なロボット ソリューションを提供します。

同社のロボットは、サポートの除去や仕上げに適用した場合の速度、精度、再現性の向上など、従来の CNC マシンに比べてさまざまな利点をもたらします。 また、柔軟性が高いため、さまざまなアプリケーションやプロセスに簡単に適応できます。

Rivelin Robotics のロボットは安全性も考慮して設計されており、事故や怪我のリスクを軽減する保護ケースと安全機能が備えられています。

さらに、電力と冷却剤の要件が CNC マシンの場合よりもはるかに低いため、資源効率とエネルギー効率が向上し、同時に無駄も削減されます。

要約すると、ロボットは、その速度、効率、柔軟性、精度、再現性、安全性、費用対効果、持続可能性により、金属積層造形部品からサポートを自動的に除去するための CNC 機械と比較して優れたソリューションとして浮上しつつあります。

このプロセスでロボットを使用すると、完成品の品質が向上するだけでなく、より安全で、より持続可能で、よりコスト効率の高いエンドツーエンドの製造プロセスが実現します。

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