サポート構造なしで金属に3Dプリンティング

KUKAとのコラボレーションにより、HS Automationは金属の積層造形用レーザーセルを開発しました。KR IONTECによるレーザー溶接プロセスにより、複雑な金属パーツを経済的かつ材料に優しく製造することができます。

KUKAロボットが複雑な構造の金属積層造形に革命を起こす

金属産業が直面する課題はますます増大しています。HS AutomationとKUKAは、モジュラー式オートメーションセルによる新しいタイプの3D金属プリンティングで、新たな基準を打ち立てようとしています。この3D金属プリンターは、KR IONTECファミリーのロボットと、ワークの仕様に合わせてロボットアームと同期して動く回転傾斜テーブルを組み合わせたものです。Meltioプリントヘッドの先端にある6つの溶接レーザーが、供給されたワイヤーをキャリア材料またはワークに正確に溶融します。完成したコンポーネントには、後処理を必要としないか、最小限の処理で済みます。システム開発者が協力することにより、ほぼ無限の設計の可能性とともに、材料の無駄を最小限に抑え、低い製造コストを実現します。この技術は、ステンレス鋼、チタン、インコネル、構造用鋼の材料特性を持つ工具、部品、自由形状を作成します。専門家によると、銅の3Dプリンティングもまもなく可能になるとのことです。

これにより、バイオニックデザインや、軽量構造やプロトタイプの構築に使用されるような複雑な構造の3Dプリンティングも可能になります。中小企業は、スペアパーツの迅速な生産と、エネルギーと材料の節約によって利益を得ることができます。KUKA.CNCのような革新的なソフトウェアソリューションの使用により、この技術は中小企業にとってさらに魅力的なものとなります。KUKA.CNCのおかげで、これまでCADソフトウェアやCAMシステムを使用して設計されていた構造を、CADファイルをKUKAロボット言語 (KRL) に変換することなく、直接実行することができます。

オートメーションサービスプロバイダーのHS Automationは、バーデン＝ヴュルテンベルク州のフェーリンゲンに拠点を置き、2017年からKUKAと提携しています。

KUKAロボットによる金属3Dプリンティングはどのように機能しますか？

金属の積層造形の分野では、絶え間なくイノベーションが生み出されています。その目的は、バッチサイズ1からコスト効率よく生産し、材料消費量を削減し、さらに後処理時間を最小限に抑えることです。オートメーションのエキスパートであるHS Automationは、3Dレーザー溶接セルにより、金属産業における現代の生産に求められるこれらの要件を満たしています。3Dプリンターは、ワークキャリア上に層ごとに溶接します。

レーザー焼結とは対照的に、キャリアは下降せず、キャリアが搭載された回転傾斜テーブルと同期してロボットアームがレーザーを動かします。同じくKUKAが開発したDKP-400 V2は、プリントヘッドが常に適切な位置に新しい材料を溶着できるようにワークを位置決めします。事前に設計された3Dオブジェクトは、層ごとに成長していきます。従来の金属3Dプリンティングで一般的であったサポート構造が不要になり、他の3Dレーザープリンターや金属レーザー焼結で問題となる粉末管理も不要になります。もう1つの違いは、製造される部品の寸法です。従来のアプリケーションでは、50x50 cm程度のサイズが限界でした。HS Automationの技術では、大型部品も製造できます。

3D金属プリンティングのチャンスと可能性

絶対測定ロボットを使用することで、金属プリンティングアプリケーションを既存の競合製品と区別する精度が保証されます。「ロボットソリューションによって、私たちは生産の可能性を大きく広げています」と、HS Automationのマネージングディレクター兼コマーシャルディレクター、ロルフ・シュタイディンガー氏は3D金属プリンターの可能性について語っています。このプロセスにより、たとえば、入手できなくなったコンポーネントを社内で生産できるため、スペアパーツの問題が解決されます。

従来通りの製造が不可能な部品であれば、この装置の使用は避けられません。

ロルフ・シュタイディンガー、HS Automationマネージングディレクター

従来通りの製造が可能な部品であれば、このプロセスによりコストが削減され、生産性が4倍向上します。レーザー溶着は、完全な金属ブロックからのフライス加工や旋盤加工に比べて、材料コストと後処理時間の両方を削減します。この場合、材料コストは最大98 %削減できる可能性があります。これらの強みは、工具製造、特殊なシステム構築、またはプロトタイプの生産において特に有効です。風力タービンなどの流れを最適化したコンポーネントの製造、テストおよび最適化が大幅にスピードアップします。

マネージングディレクター兼コマーシャルディレクターのロルフ・シュタイディンガー氏は、金属3Dプリンティング技術に大きな可能性を見出しています。

金属の積層造形のメリット

ロボット、傾斜テーブル、レーザープリント・ヘッドの革新的な組み合わせは、金属3Dプリンティングの新しい基準を打ち立てます。

最大限の設計自由度

金属積層造形は、特に複雑な構造や二重壁の造形物が必要な場合に役立ちます。
最適な微細構造

3D金属プリンターは、肉厚2 mmの造形物を造形します。また、金属または合金のソリッドワークも製造できます。
コスト効率と持続可能性

このプロセスは、従来の生産に比べ4倍の生産性と90 %のコスト削減を実現しています。
材料の効率的使用

金属廃棄物は、フライス加工に比べて大幅に削減されます。3Dプリンティングは、サポート構造や金属粉末なしで機能します。

3D金属プリンティングに使用されるロボットは、5×4×4 mのレーザーセル内で作業します。

未来の産業のための3D金属プリンティング：Eモビリティと医療技術

ロボットガイドによるレーザー溶着の精度は、金属プリンティングという身近なアプリケーションを新たなレベルに引き上げます。たとえば、ロボットシステムは、内部冷却チャネルを持つコンポーネントなどの二重壁の造形物を製造することができます。200 Wレーザーを6基搭載したプリントヘッドは、単一材料の印刷に加えて、1つの印刷部分で2つの異なる金属材料を加工します。

「「ほとんどすべての材料を加工できます：ステンレス鋼、チタン、工具鋼、ニッケル合金などです。当社のレーザーパートナーであるMeltio社は現在、銅のプリントに取り組んでいます。つまり、e-モビリティプロジェクトでの利用も射程圏内です。」とマーク・シュタイディンガー氏は予測します。

従業員のルーカス・ニル氏と金属3Dプリンティングの品質をチェックするマネージングディレクターのマーク・シュタイディンガー氏(左)。

プロジェクトの技術管理を担当するHS Automationのマネージングディレクターは、主にスペアパーツの生産、シリーズの開発、医療技術に応用できると考えています。プロトタイプの構築では、ユーザーは印刷パラメーターを完全にフレキシブルに調整できるメリットがあります。将来的には、チタン製の人工膝関節やその他の医療用インプラントが、3D金属プリンティングによって患者に合わせてカスタマイズされるようになるでしょう。

相乗効果の活用：HS Automationは、2017年からKUKAのシステムパートナーです

約20人の従業員を擁するHS Automationは、オートメーションを他の中小企業 (SME) にも生産的に利用できるようにするという目標を追求しています。ロルフ・シュタイディンガー氏は、同社をより効率的で持続可能なドイツの中堅企業のパートナーとみなしています。「私たちは24年間、自動化生産で一部の顧客をサポートしてきました。私たちは、常に未来に向けた最先端のソリューションを開発しています」。

2017年から実施されているKUKAシステムパートナーシップの一環として、両社はソリューション志向で収益性の高い方法で互いの強みを活用しています。実践的な課題への直接アクセス、業界固有の専門知識、KUKA Robotic Republicのツール、豊富なアプリケーション経験などです。HS Automationのエキスパートは、機械のローディング、寸法送り、切断から自動化された鋸切断、ネジ締め、釘打ちまで、完全な生産ラインを設計および構築します。しかし、スポット溶接セルのような個別プロジェクトも実現しています。HS Automationでは、試運転の前にKUKA.SimなどのKUKA製品を使用して、プロジェクトの成功を確実なものにしています。エキスパートはKUKA.Simを使用して、部屋の寸法、移動半径、システムの安全エリアを事前に計画します。