米Autodesk社のイベント「Autodesk University 2016」(2016年11月15~17日、米国ラスベガス)の展示会場では、同社が開発中の3Dプリンティング技術のデモンストレーションが幾つも展示されていた。ひときわ目を引いていたのは、6軸の産業用ロボットを使った樹脂および金属の付加造形(Additive Manufacturing:AM)だ。

 同社は、設計仕様や制約条件を与えるとそれに沿った形状案をコンピューターが導出するジェネレーティブ・デザイン機能の展開を加速しており、最新のクラウドベースのCAD/CAM/CAEツール「Autodesk Fusion 360」にも導入する。しかし、同機能で導出された設計案は、機械加工や鋳造・鍛造といった従来の製造方法では実現できない形状になることが多い。同社がAMに注力しているのは、マス・カスタマイゼーションはもちろん、ジェネレーティブ・デザインで導出された形状の製造手段としても有効だからだ。

 展示会場では、ロボットのアーム先端に、樹脂の場合は溶融した樹脂を吐出するヘッドを、金属の場合はアーク溶接のトーチを搭載した装置を使ってAMのデモンストレーションを披露していた(図1、2)。前者は、いわば熱溶融積層(FDM)方式の3Dプリンターのヘッドをロボットアームの先端に取り付けたもの。この装置で特徴的なのは、サポートなしで大きなオーバーハング部を造形できることだ。通常のFDM方式の3Dプリンターは、溶融した樹脂を鉛直方向に積層して造形するが、産業用ロボットを使うことで積層方向を自由に変えられる。このため、90°に曲がったパイプや大きな突き出し部があるモデルなど、FDM方式の3Dプリンターでは難しい形状の造形が可能だ(図3)。

図1 産業用ロボットを使った樹脂の付加造形
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図2 産業用ロボットを使った金属の付加造形。先端にアーク溶接のトーチとスキャナーを搭載する
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図3 樹脂の造形サンプル
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 後者の金属積層造形は、ロボットアームの先にMIG溶接のトーチとともに3次元スキャナーを備えているのが特徴。金属を一層積層するごとにスキャナーで形状を測定し、その結果に応じて次の層の造形条件を補正することで形状の精度を高めている(図4、5)。アーク溶接の肉盛りによる金属積層造形は既に実用化されているが、形状の精度に課題があるとされる。造形とスキャンを交互に繰り返すことでその課題の解決を図るアプローチだ。

図4 造形の様子とスキャン結果(写真右上)
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図5 金属の造形サンプル
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マルチヘッドで大型部品を造形

 「Autodesk Netfabb」の最新機能の1つであるマルチヘッド対応に関しても造形品を出展していた(関連記事)。マルチヘッド対応はAutodesk社が「Project Escher」として開発を進めてきた技術で、複数の3Dプリンターのヘッドを協調制御することで1つの部品を高速に造形する。ブースではスイスABB社のロボットアームを模した大型部品を、5つのヘッドを使って造形したサンプルを展示していた(図6)。1ヘッドだと造形に10~12日かかるが、5ヘッドの装置を使うことで3日弱で造形できたという。「マルチヘッドで効率的な造形が可能になり、大型部品についても3Dプリンターを試作装置ではなく製造装置として活用できるようになる」(Autodesk社の説明員)。

図6 ロボットアームの造形サンプル
5つのヘッドの3Dプリンターで造形した
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 色違いの2つ樹脂を使って1つの部品を造形するデモンストレーションも展示していた。イタリアClevertek社のツインヘッドの3Dプリンター「KLONER3D」を改良した装置を使ったもので、2つのヘッドを独立して制御することで2つの色の樹脂を一定の領域で一体化させていた(図7)。

図7 既存のツインヘッドの3Dプリンターを改良したデモ
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