2021年08月26日
サーボモータ選択のためにどのデータを計算する必要があるか
サーボモータは典型的な閉ループフィードバックシステムです。 減速装置はモータによって駆動される。 その端子（出力）は位置検出用のリニア比例ポテンショメータを駆動します。 ポテンショメータは、コーナー座標を制御回路基板への比例電圧フィードバックに変換します。 制御回路基板は、それを入力制御パルス信号と比較して補正パルスを生成し、ギアセットの出力位置が期待値と一致するようにモータを正方向または逆方向に回転させるように駆動する。パルスはゼロになる傾向があり、それによって正確なモータ位置決めの目的を達成する。
サーボモータ内部の回転子は永久磁石であり、運転者によって制御されるＵ ／ Ｖ ／ Ｗ三相電気モータは電磁場を形成し、同時に回転子は磁場の作用下で回転する 。モータのエンコーダフィードバック信号はドライバに供給され、ドライバはフィードバック値を目標値と比較してロータの回転角度を調整する。
サーボモータの精度はエンコーダの精度（ライン数）で決まります。 選択に関してサーボモータはどのようなデータを計算する必要がありますか？ 以下は深センECONテクノロジーサーボモーターズの公式ウェブサイトの技術者によって説明されています：
まず、速度とエンコーダの解像度の確認。
次に、モータ軸の負荷トルクの変換と加減速トルクの計算です。
第三に、負荷慣性、慣性マッチングを計算し、例として私達のサーボモータを取ります、いくつかの製品の慣性マッチングは50回までですが、実際には小さい方が良いので、精度と応答速度は良好です。
第四に、サーボ用の回生抵抗の計算と選択、一般的に2kw以上、外部に設定する。
5、ケーブルの選択、エンコーダケーブルのツイストシールド、日本のサーボアブソリュートエンコーダの一部は6コア、インクリメンタルは4コアです！
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サーボモータの精度はエンコーダの精度（ライン数）で決まります。 選択に関してサーボモータはどのようなデータを計算する必要がありますか？ 以下は深センECONテクノロジーサーボモーターズの公式ウェブサイトの技術者によって説明されています：
まず、速度とエンコーダの解像度の確認。
次に、モータ軸の負荷トルクの変換と加減速トルクの計算です。
第三に、負荷慣性、慣性マッチングを計算し、例として私達のサーボモータを取ります、いくつかの製品の慣性マッチングは50回までですが、実際には小さい方が良いので、精度と応答速度は良好です。
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2021年08月25日
3Dプリンターで使用できる材料と特性：造形材料・素材の特徴
3Dプリンターで利用できる素材には、スニーカーソールに使わるような柔らかいゴム素材から、製品の筐体にも利用できる強度のプラスチックまで、幅広いラインアップが存在します。素材によって「やわらかい」、「壊れにくい」、「熱に強い」などの様々な性質がありますが、全ての特性を兼ね備えたオールラウンダーな材料はないことから、利用目的に合わせた最適な素材選びが不可欠です。
ABS～電化製品の外装部品などに広く使用
ABS樹脂は電化製品の外装部品などにひろく使われている汎用熱可塑性樹脂です。剛性・耐衝撃性・疲労強度などのバランスがよく、塗装などの後加工もしやすいのが特徴です。
ABSライク～高度な機能試験等にも耐えうる
光硬化性アクリル樹脂の1種で、耐熱性や耐衝撃性が改善されています。本物のABSの様な長期的な耐久性はありませんが、比較的高度な機能試験等に耐えられます。
ASA～屋外の使用に適した耐候性
ASAは、ABSのブタジエン成分をアクリレートに置換えた汎用熱可塑性樹脂で、基本特性はABSに似ています。ABS樹脂と比較して耐候性が改善されているため、屋外の使用により適しています。
PC-ABS～電化製品や自動車部品などに多用される
PC-ABSはエンジニアリングプラスチックとして電化製品や自動車部品などに一般に用いられています。PCの強度・耐熱性とABSの柔軟性を程よく兼ね備えています。
PLA～環境に優しく、初心者も扱いやすい
PLA（＝ポリ乳酸）は植物由来の乳酸を重合して製造される汎用プラスチックです。熱収縮が小さいため造形不良が起こりにくく、FDM方式の３Dプリンターで初心者でも扱いやすい樹脂としてよく採用されています。機械強度や耐久性はやや劣ります。
PPライク～高精細な造形物の出力に
光硬化性アクリル樹脂の1種で、ポリプロピレン製品をシミュレートするために各物性を似せた樹脂です。高精細なプリンターで使用可能な材料の中では、比較的高い柔軟性と強度を有します。
Ultem～航空機などの実用部品としても採用
耐久・耐熱・耐薬品に非常に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックです。3Dプリンターで製造された部品が航空機などの実用部品として採用されています。造形時の温度が高いため一部の上位機種でのみ使用可能です。
ゴムライク～ゴムの様に柔軟な素材
光硬化性アクリル樹脂の1種で、ゴムの様に柔軟な素材です。硬質の光硬化性アクリル樹脂と混ぜ合わせて、硬さを調整できるプリンターもあります。
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ABS～電化製品の外装部品などに広く使用
ABS樹脂は電化製品の外装部品などにひろく使われている汎用熱可塑性樹脂です。剛性・耐衝撃性・疲労強度などのバランスがよく、塗装などの後加工もしやすいのが特徴です。
ABSライク～高度な機能試験等にも耐えうる
光硬化性アクリル樹脂の1種で、耐熱性や耐衝撃性が改善されています。本物のABSの様な長期的な耐久性はありませんが、比較的高度な機能試験等に耐えられます。
ASA～屋外の使用に適した耐候性
ASAは、ABSのブタジエン成分をアクリレートに置換えた汎用熱可塑性樹脂で、基本特性はABSに似ています。ABS樹脂と比較して耐候性が改善されているため、屋外の使用により適しています。
PC-ABS～電化製品や自動車部品などに多用される
PC-ABSはエンジニアリングプラスチックとして電化製品や自動車部品などに一般に用いられています。PCの強度・耐熱性とABSの柔軟性を程よく兼ね備えています。
PLA～環境に優しく、初心者も扱いやすい
PLA（＝ポリ乳酸）は植物由来の乳酸を重合して製造される汎用プラスチックです。熱収縮が小さいため造形不良が起こりにくく、FDM方式の３Dプリンターで初心者でも扱いやすい樹脂としてよく採用されています。機械強度や耐久性はやや劣ります。
PPライク～高精細な造形物の出力に
光硬化性アクリル樹脂の1種で、ポリプロピレン製品をシミュレートするために各物性を似せた樹脂です。高精細なプリンターで使用可能な材料の中では、比較的高い柔軟性と強度を有します。
Ultem～航空機などの実用部品としても採用
耐久・耐熱・耐薬品に非常に優れたスーパーエンジニアリングプラスチックです。3Dプリンターで製造された部品が航空機などの実用部品として採用されています。造形時の温度が高いため一部の上位機種でのみ使用可能です。
ゴムライク～ゴムの様に柔軟な素材
光硬化性アクリル樹脂の1種で、ゴムの様に柔軟な素材です。硬質の光硬化性アクリル樹脂と混ぜ合わせて、硬さを調整できるプリンターもあります。
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2021年08月19日
ステッピングモータの特性
起動特性
起動特性は、一定周波数のパルスを与えたときに、停止している状態からどれくらいの負荷トルクを背負って起動できるかを示したもので、引き込みトルク（pull-in torque）特性とも呼ばれます。ステッピングモータの最大トルクは、通常10Hzのパルス周波数での起動トルクで定義されます。なお、ステッピングモータを語るとき、パルス周波数をパルスレートと呼び、その単位をHzの代わりにpps(pulses per second)で示すことが多いようです。
連続特性
連続特性は、一定周波数のパルスで回転しているとき、どのくらいの負荷トルクを加えても回転を続けられるかを示すもので、スルートルク特性、脱出トルク特性とも呼ばれます。
連続特性は起動特性より高い値になります。
起動特性、連続特性とも、パルス周波数の上昇につれて値が低くなります。
モータが連続動作できる限界を、最大連続応答周波数といい、モータを起動できる限界を最大自起動周波数といいます。
ステッピングモータのトルクが高速域で低下するのは、巻線インダクタンスのため、高い周波数で電流が流れにくくなるからです。
ステッピングモータは、励磁方法と駆動回路により、起動特性と連続特性が変化します。そのためステッピングモータの特性は、駆動回路との関係を含めて、総合的に評価しなければなりません。
＜一口コラム＞ ホールディングトルク
ステッピングモータは、通電状態で停止しているときに外力が加わっても、ロータとステータの間に発生する吸引力によって停止位置を保とうとする性質があります。
この外力に抵抗できるトルクをホールディング（保持）トルクと呼びます。
＜一口コラム＞ ディテントトルク
PM型およびHB型のステッピングモータは、通電していないときもロータ磁石の吸引力で、ある程度保持トルクがあります。このトルクをディテントトルクと呼びます。
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起動特性は、一定周波数のパルスを与えたときに、停止している状態からどれくらいの負荷トルクを背負って起動できるかを示したもので、引き込みトルク（pull-in torque）特性とも呼ばれます。ステッピングモータの最大トルクは、通常10Hzのパルス周波数での起動トルクで定義されます。なお、ステッピングモータを語るとき、パルス周波数をパルスレートと呼び、その単位をHzの代わりにpps(pulses per second)で示すことが多いようです。
連続特性
連続特性は、一定周波数のパルスで回転しているとき、どのくらいの負荷トルクを加えても回転を続けられるかを示すもので、スルートルク特性、脱出トルク特性とも呼ばれます。
連続特性は起動特性より高い値になります。
起動特性、連続特性とも、パルス周波数の上昇につれて値が低くなります。
モータが連続動作できる限界を、最大連続応答周波数といい、モータを起動できる限界を最大自起動周波数といいます。
ステッピングモータのトルクが高速域で低下するのは、巻線インダクタンスのため、高い周波数で電流が流れにくくなるからです。
ステッピングモータは、励磁方法と駆動回路により、起動特性と連続特性が変化します。そのためステッピングモータの特性は、駆動回路との関係を含めて、総合的に評価しなければなりません。
＜一口コラム＞ ホールディングトルク
ステッピングモータは、通電状態で停止しているときに外力が加わっても、ロータとステータの間に発生する吸引力によって停止位置を保とうとする性質があります。
この外力に抵抗できるトルクをホールディング（保持）トルクと呼びます。
＜一口コラム＞ ディテントトルク
PM型およびHB型のステッピングモータは、通電していないときもロータ磁石の吸引力で、ある程度保持トルクがあります。このトルクをディテントトルクと呼びます。
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2021年08月16日
ロボットの動きの仕組み
ここまで説明しましたロボットの歯みがきの仕組みをまとめてみましょう。
【必要な装置】
（１）センサ系
：周辺をみる装置（カメラ）
：つかんだときの力を測る装置（圧力センサ）
（２）制御系
：物の形・色・力などを判断する装置（コンピュータ）
（３）駆動系
：腕と手など，物をつかむ装置（アーム・モータ）
【必要な機能】
（１）もの（歯ブラシ・歯みがきチューブ）を探す
「探す」は、「みる」「判断」「動作」の三つの機能から構成されています。
▼みる：カメラで周辺をみる。
▼判断：カメラのデータを調べて，対象となるものと，形・色が一致するかどうかを判断し，腕や指に命令を送る。※必要なデータは、歯ブラシの形，歯みがきチューブなどの形状，青，赤などの基本な色
▼動作：判断が一致したら対象のものの方向へ腕を伸ばしつかむ。
（２） もの（歯ブラシ・はみがきチューブ）を持ち上げる
「持ち上げる」は、「触る」「判断」「動作」の三つの機能から構成されます。
▼触る：指で歯ブラシの柄やチューブに触れ，つかむ力を測る。
▼判断：つかむ力が適当かどうかを判断し，指・腕に命令を送る。
※必要なデータ－ブラシの柄やチューブをつかむのに適当な力（圧力）
▼動作：判断に応じて指の力を強めたり弱めたりしながら腕でものを持ち上げる。
同様に，カメラと圧力センサ，腕や指の機構とコンピュータがあれば，チューブから歯みがきを出すなどの動作はできそうですが，複雑な動作になればなるほどそれを実現するのは容易ではありません。
また，例えば，誰かがいたずらをして，歯みがきチューブの代わりに形も色も似たような練りわさびチューブを置いたとしましょう。人間でしたら，口にブラシを入れる前に，わさび特有のつんとするにおいで，あるいは口に入れてからでも，わさびと歯みがきの味の違いはすぐにわかるでしょう。しかし，においを感じたり，味を感じたりする仕組みのないロボットでは，そのまま歯みがきを続けるしかありません。これを避けるために，ロボットには更に次のような仕組みが必要となります。
（３）においを判断する
においを判断するには、次の三つの機能が必要です。
▼かぐ：においセンサを歯みがきに近づけにおいを測る。
▼判断：においが歯みがきかそれとも他のものかを判断する。
▼動作：においが歯みがきであれば歯みがき動作を続ける。そうでなければ歯みがき中止する。
以上のように，人間は，日常生活の中で色，におい，力など様々な情報を外部から取り入れ，それに基づいて判断を行い，次の動作を決めています。現在のロボットはそのほんの一握りの部分ができるだけなのです。
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【必要な装置】
（１）センサ系
：周辺をみる装置（カメラ）
：つかんだときの力を測る装置（圧力センサ）
（２）制御系
：物の形・色・力などを判断する装置（コンピュータ）
（３）駆動系
：腕と手など，物をつかむ装置（アーム・モータ）
【必要な機能】
（１）もの（歯ブラシ・歯みがきチューブ）を探す
「探す」は、「みる」「判断」「動作」の三つの機能から構成されています。
▼みる：カメラで周辺をみる。
▼判断：カメラのデータを調べて，対象となるものと，形・色が一致するかどうかを判断し，腕や指に命令を送る。※必要なデータは、歯ブラシの形，歯みがきチューブなどの形状，青，赤などの基本な色
▼動作：判断が一致したら対象のものの方向へ腕を伸ばしつかむ。
（２） もの（歯ブラシ・はみがきチューブ）を持ち上げる
「持ち上げる」は、「触る」「判断」「動作」の三つの機能から構成されます。
▼触る：指で歯ブラシの柄やチューブに触れ，つかむ力を測る。
▼判断：つかむ力が適当かどうかを判断し，指・腕に命令を送る。
※必要なデータ－ブラシの柄やチューブをつかむのに適当な力（圧力）
▼動作：判断に応じて指の力を強めたり弱めたりしながら腕でものを持ち上げる。
同様に，カメラと圧力センサ，腕や指の機構とコンピュータがあれば，チューブから歯みがきを出すなどの動作はできそうですが，複雑な動作になればなるほどそれを実現するのは容易ではありません。
また，例えば，誰かがいたずらをして，歯みがきチューブの代わりに形も色も似たような練りわさびチューブを置いたとしましょう。人間でしたら，口にブラシを入れる前に，わさび特有のつんとするにおいで，あるいは口に入れてからでも，わさびと歯みがきの味の違いはすぐにわかるでしょう。しかし，においを感じたり，味を感じたりする仕組みのないロボットでは，そのまま歯みがきを続けるしかありません。これを避けるために，ロボットには更に次のような仕組みが必要となります。
（３）においを判断する
においを判断するには、次の三つの機能が必要です。
▼かぐ：においセンサを歯みがきに近づけにおいを測る。
▼判断：においが歯みがきかそれとも他のものかを判断する。
▼動作：においが歯みがきであれば歯みがき動作を続ける。そうでなければ歯みがき中止する。
以上のように，人間は，日常生活の中で色，におい，力など様々な情報を外部から取り入れ，それに基づいて判断を行い，次の動作を決めています。現在のロボットはそのほんの一握りの部分ができるだけなのです。
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2021年08月11日
ステッピングモータドライバの種類
市場にはさまざまなステッピングモータドライバがあり、特定アプリケーション向けにさまざまな機能を披露しています。最も重要な特性には、入力インターフェースが含まれます。最も一般的な選択肢は次のとおりです。
•Step/Direction -Step端子にパルスを送信することにより、ドライバはモータがステップを実行するように出力を変更します。その方向は、Direction端子のレベルによって決定されます。
•Phase/Enable -ステーター巻線の各相に対して、Phaseは電流の方向を決定し、相が通電されている場合にEnableを実行します。
•PWM -ローサイドFETとハイサイドFETのゲート信号を直接制御します。
ステッピングモータドライバのもう1つの重要な機能は、巻線両端の電圧のみ、またはそれに流れる電流をも制御できる機能です。
•電圧制御では、ドライバは巻線の両端の電圧のみを調整します。発生トルクとステップ実行速度は、モータと負荷特性にのみ依存します。
•電流制御ドライバは、生成されるトルクをより良く制御するために活性コイルを流れる電流を制御し、システム全体の動的挙動を制御するため、より高度なものとなっています。
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•Step/Direction -Step端子にパルスを送信することにより、ドライバはモータがステップを実行するように出力を変更します。その方向は、Direction端子のレベルによって決定されます。
•Phase/Enable -ステーター巻線の各相に対して、Phaseは電流の方向を決定し、相が通電されている場合にEnableを実行します。
•PWM -ローサイドFETとハイサイドFETのゲート信号を直接制御します。
ステッピングモータドライバのもう1つの重要な機能は、巻線両端の電圧のみ、またはそれに流れる電流をも制御できる機能です。
•電圧制御では、ドライバは巻線の両端の電圧のみを調整します。発生トルクとステップ実行速度は、モータと負荷特性にのみ依存します。
•電流制御ドライバは、生成されるトルクをより良く制御するために活性コイルを流れる電流を制御し、システム全体の動的挙動を制御するため、より高度なものとなっています。
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2021年08月09日
3Dプリンター基礎知識！！プリンターの種類とは？
現代では、3Dプリンターは多くの現場で有効的に活用される便利ツールとして活躍しています。ここでは、3Dプリンターの基礎知識、導入メリット等についてお伝えします。
3Dプリンターについて
3dプリンターとは、3D CADや3D CG等3次元ソフトウェアで作成された3次元データが製品の元になっています。このデータ元にして、断面形状を積層して立体造形する事ができる機器の事を3Dプリンターと言います。プリンターと言われている機器と言うと、紙等の平面にインクを吐出して印刷する事をイメージしますが、3Dプリンターの場合は、液体樹脂に光を当てて少しずつ硬化させたり、一定温度で熱溶解させた樹脂を積み重ねたり、高出力レーザーを粉末状材料に照射し焼結させたり、色々な技法で材料を立体物に成形していく機器になります。3Dプリンターの登場で、試作品や模型を製作する事が昔と比べて容易になり、プリンターの需要は大きくなっています。
3Dプリンター導入の4つのメリット
一つ目は、品質やデザインの向上です。設計者、デザイナー、開発者が試作品を作る際には、手動で行う場合はいくら技術が優れていると言っても一発で高品質なものを製作する事は難しいものです。その点、3Dプリンターの活用では、粉末造形、金属造形、光造形等、様々な作り方に対応可なプリンターが沢山登場しているので、データさえあれば高品質製品を製作する事ができます。造形方法にも幅があるので、昔は製作が難しいとされていた物でも簡単に製作できるようになっています。
二つ目は、開発コスト削減です。試作品を製作する際には、外注したり時間をかけて製作したりする会社や企業もありますよね。しかし、3Dプリンターを導入する事で、社内で手軽に試作品を製作する事が可能になります。なので、今までかかっていた外注コスト削減ができる事が魅力です。また、3Dプリンターは自社制作が可能なので、外注依頼していた時より新たな技術の挑戦もしやすく、手軽に開発する事ができる点もメリットです。
三つ目は、開発期間の短縮です。外注依頼する場合、少なくても数日~数週間の日数を要しますよね。3Dプリンターを導入すれば、プリンターがデータ通りに自動に製作してくれるので作業が数時間で完了する事もあります。商品開発等を行っている場合、市場投入期間を大きく短縮する事ができます。市場投入期間を縮める事ができれば、その分売上アップにも繋がります。
四つ目は、コミュニケーションの充実です。会議等で、口案で試作品のデータを伝えても相手に伝わりにくい事もありますよね。しかし、3Dプリンターで製作した立体物を容易する事ができれば、相手も話を理解しやすくなります。コミュニケーションを通してお互いに理解する事は大切な事なので、このような場でも3Dプリンターは大いに活躍します。
3Dプリンターの種類について
①熱溶解積層方式
熱溶解積層方式とは、Fused Deposition Modeling（FDM）とも言われており、業務用として使用されている熱に溶ける樹脂を一層ずつ積み上げる造形方法です。溶けた樹脂は直ぐ冷え固まるので、扱い易く危険性が少ない事が特徴です。材料は、ABS或いはPLAの取り扱いが安全性にも高く容易となっています。また、樹脂が使用されているので、業務用3Dプリンターをはじめ、家庭使用可能なパーソナル3Dプリンターで最も採用されているタイプになります。
高性能な3Dプリンターでは、ポリカーボネート等の素材も使用する事ができ、造形物を加工や手を加える事無く使用できる程、高精度な工業製品を製作するが可能となっています。処理や取扱いの良さがあり、最も使用されている3Dプリンターの一つになります。この方式プリンターの用途には、業務用3Dプリンターの場合、工業製品の試作が最も多い活用として挙げられます。ABSは、材料強度はもちろん粘りもあるので、細かな造形は不要で、機械的強度が求められるような場合でもある程度対応する事ができます。
②光造形方式
光造形方式とは、3Dプリンターの中で最も歴史が古いプリンターで、世界で初めて誕生した3Dプリンターです。なので、製造業等では光造形やRP等の言葉で浸透しています。光造形で使用する樹脂は、光硬化性タイプのモノになり、レーザー光線を光硬化ポリマープールに当てて、光が当たった箇所のみ硬化します。一層の造形が終了すると造形台が下がり、次の層の造形を行っていくのですが、形が成形されるまで作業が繰り返されます。この方式では、とても微細な造形も可能なので、ジュエリーのモックアップや月経出力等にも利用できます。表面もスムーズで高精細な出力が可能で、一手間加えて透明度アップに繋げる事もできます。
③粉末焼結積層造形
粉末焼結積層とは、熱溶解積層方式の3Dプリンターの場合では固定材料でしたが、粉末材料の形で容易される事もあります。その場合、出力方式は2タイプあるのですが、1つはレーザー光線での材料粉末焼結させる粉末焼結方式になります。光造形と似ており、粉末をレーザー光線照射で焼結させ、この作業を繰り返して造形を行います。
最も材料として使用されているのが、ナイロン樹脂粉末です。3Dプリンターの機種によっては、銅・青銅・チタン・ニッケルと言った金属系材料も使用可能です。ナイロン樹脂粉末場合を使用する場合、柔軟性のあるパーツに仕上がるので、パーツを大きく曲げてはめるような場合であっても、特に問題なく使用する事が可能です。
パーツの表面の仕上がりは、光造形に比べると細かな造形は得意ではありませんが、硬化後に造形物が沈む事が無いのでサポートは不要です。3Dプリンター出力サービスでは、このタイプがよく使用されています。
④インクジェット方式
インクジェット方式と言うと、紙のプリンターをイメージするかと思いますが、紙のインクジェットプリンターの場合、液体インクを印刷紙の上から吹き付けて印刷していきますよね。3Dプリンターの場合では、インクの代わりに液状樹脂を吹き付けます。液状紫外線硬化樹脂を噴射し、特定波長の光で照らす事で硬化させて積層させていきます。この方式は、熱溶解積層方式より積層ピッチが薄いので、より細かな造形が可能です。また、表面の仕上がりも滑らかに仕上がるのが特徴です。なので、出力したいパーツが細かな造形の場合に向いています。また、高速造形が可能な点も特徴の一つです。
高品質な機種の場合は、様々材料選択が可能で、最もポピュラーな材料にはアクリル系樹脂が挙げられます。ABSライク、PPライク、ラバーライク等、様々な性質を持った材料が利用可能で、複数材料を混ぜて使用できるものもあります。
⑤粉末積層方式
粉末焼結方式と同様、粉末材料を使用する造形方式になります。粉末積層方式は、石膏やデンプン等のリーズナブルな粉末を樹脂で接着し固めて造形していきます。なので、粉末固着式積層法とも言われています。材料コストが安く、比較的造形するスピードも早く、カラー出力可能な点が最大の特徴です。この方式では、造形と同時に造形物の外側に紙の印刷で使用するインクジェットプリンターのインクを吹き付け着色します。3DCGによるキャラクターのテクスチャーに関しても、CGで定義した通りに出力可能なので、出力後に塗装は不必用です、
カラー付きで出力可能である優れた特徴があるので、用途としては3DCGでモデリングしたフィギュアサンプル、建築模型、ランドスケーブ等の土木分野では、カラー付きで立体的で且つビジュアルを確認する目的としてお勧めです。強度などを求めない造形物に対してよく使用されるタイプになります。
3Dプリンターは世界各国で活躍している
3Dプリンターじゃ、世界各国で様々なシーンで活用されている便利なアイテムとなっています。産業や医療の専門分野でも、それぞれ産業分野において出力内容に対応した3Dプリンターが開発されています。産業分野では、試作品の製作でなく最終製品の生産出力を目指して、世界では自動車や住宅等を3Dプリントする企業も近年は登場してきています。
例えば、アメリカでは、大型3Dプリンター導入して、走行可能な自動車製作が行われています。車のタイヤやエンジンを除いた車体中心に、3Dプリンターで構成部品の75％を製作し、今後はその比率を更にアップさせる取り組みがなされています。他にも、フランスをはじめ海外では、建設現場で活躍するロボットアーム型の3Dプリンターが用いられています。特殊コンクリート混和素材を用いて3Dプリンターした公営住宅が公開されています。
3Dプリンターの活用が進む理由
3Dプリンターの活用理由には、車や家の製造過程で大きくコスト削減できる事が導入理由に挙げられます。製品構成の際にパーツ数削減が可能になるので、組立工程削減や在庫管理削減にも繋がります。パーツ数が減れば廃材量削減もでき、環境への負荷低減も期待する事ができます。また、現在では様々な分野で3Dプリンターでの金型製作、精密機器向け部品生産等の技術開発も推進しています。
医療分野でも、多様な素材を扱う事ができるようになり、色々な研究が進んでいます。例えば、人工骨を3Dプリントで製作する研究が行わており、リン酸カルシウムの一種を材料として骨の内部構造を再現したり、ゲル素材を材料に内蔵モデルを作成したり、色々取り組まれています。本来、3Dプリンターはオーダーメイドが得意ですが、医療分野においては、体のサイズや形状が一人一人異なるので、この特徴がマッチしています。今後は、臓器造形等にも用いられる等、再生医療の現場でも活用が進んでいく事が期待されています。
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3Dプリンターについて
3dプリンターとは、3D CADや3D CG等3次元ソフトウェアで作成された3次元データが製品の元になっています。このデータ元にして、断面形状を積層して立体造形する事ができる機器の事を3Dプリンターと言います。プリンターと言われている機器と言うと、紙等の平面にインクを吐出して印刷する事をイメージしますが、3Dプリンターの場合は、液体樹脂に光を当てて少しずつ硬化させたり、一定温度で熱溶解させた樹脂を積み重ねたり、高出力レーザーを粉末状材料に照射し焼結させたり、色々な技法で材料を立体物に成形していく機器になります。3Dプリンターの登場で、試作品や模型を製作する事が昔と比べて容易になり、プリンターの需要は大きくなっています。
3Dプリンター導入の4つのメリット
一つ目は、品質やデザインの向上です。設計者、デザイナー、開発者が試作品を作る際には、手動で行う場合はいくら技術が優れていると言っても一発で高品質なものを製作する事は難しいものです。その点、3Dプリンターの活用では、粉末造形、金属造形、光造形等、様々な作り方に対応可なプリンターが沢山登場しているので、データさえあれば高品質製品を製作する事ができます。造形方法にも幅があるので、昔は製作が難しいとされていた物でも簡単に製作できるようになっています。
二つ目は、開発コスト削減です。試作品を製作する際には、外注したり時間をかけて製作したりする会社や企業もありますよね。しかし、3Dプリンターを導入する事で、社内で手軽に試作品を製作する事が可能になります。なので、今までかかっていた外注コスト削減ができる事が魅力です。また、3Dプリンターは自社制作が可能なので、外注依頼していた時より新たな技術の挑戦もしやすく、手軽に開発する事ができる点もメリットです。
三つ目は、開発期間の短縮です。外注依頼する場合、少なくても数日~数週間の日数を要しますよね。3Dプリンターを導入すれば、プリンターがデータ通りに自動に製作してくれるので作業が数時間で完了する事もあります。商品開発等を行っている場合、市場投入期間を大きく短縮する事ができます。市場投入期間を縮める事ができれば、その分売上アップにも繋がります。
四つ目は、コミュニケーションの充実です。会議等で、口案で試作品のデータを伝えても相手に伝わりにくい事もありますよね。しかし、3Dプリンターで製作した立体物を容易する事ができれば、相手も話を理解しやすくなります。コミュニケーションを通してお互いに理解する事は大切な事なので、このような場でも3Dプリンターは大いに活躍します。
3Dプリンターの種類について
①熱溶解積層方式
熱溶解積層方式とは、Fused Deposition Modeling（FDM）とも言われており、業務用として使用されている熱に溶ける樹脂を一層ずつ積み上げる造形方法です。溶けた樹脂は直ぐ冷え固まるので、扱い易く危険性が少ない事が特徴です。材料は、ABS或いはPLAの取り扱いが安全性にも高く容易となっています。また、樹脂が使用されているので、業務用3Dプリンターをはじめ、家庭使用可能なパーソナル3Dプリンターで最も採用されているタイプになります。
高性能な3Dプリンターでは、ポリカーボネート等の素材も使用する事ができ、造形物を加工や手を加える事無く使用できる程、高精度な工業製品を製作するが可能となっています。処理や取扱いの良さがあり、最も使用されている3Dプリンターの一つになります。この方式プリンターの用途には、業務用3Dプリンターの場合、工業製品の試作が最も多い活用として挙げられます。ABSは、材料強度はもちろん粘りもあるので、細かな造形は不要で、機械的強度が求められるような場合でもある程度対応する事ができます。
②光造形方式
光造形方式とは、3Dプリンターの中で最も歴史が古いプリンターで、世界で初めて誕生した3Dプリンターです。なので、製造業等では光造形やRP等の言葉で浸透しています。光造形で使用する樹脂は、光硬化性タイプのモノになり、レーザー光線を光硬化ポリマープールに当てて、光が当たった箇所のみ硬化します。一層の造形が終了すると造形台が下がり、次の層の造形を行っていくのですが、形が成形されるまで作業が繰り返されます。この方式では、とても微細な造形も可能なので、ジュエリーのモックアップや月経出力等にも利用できます。表面もスムーズで高精細な出力が可能で、一手間加えて透明度アップに繋げる事もできます。
③粉末焼結積層造形
粉末焼結積層とは、熱溶解積層方式の3Dプリンターの場合では固定材料でしたが、粉末材料の形で容易される事もあります。その場合、出力方式は2タイプあるのですが、1つはレーザー光線での材料粉末焼結させる粉末焼結方式になります。光造形と似ており、粉末をレーザー光線照射で焼結させ、この作業を繰り返して造形を行います。
最も材料として使用されているのが、ナイロン樹脂粉末です。3Dプリンターの機種によっては、銅・青銅・チタン・ニッケルと言った金属系材料も使用可能です。ナイロン樹脂粉末場合を使用する場合、柔軟性のあるパーツに仕上がるので、パーツを大きく曲げてはめるような場合であっても、特に問題なく使用する事が可能です。
パーツの表面の仕上がりは、光造形に比べると細かな造形は得意ではありませんが、硬化後に造形物が沈む事が無いのでサポートは不要です。3Dプリンター出力サービスでは、このタイプがよく使用されています。
④インクジェット方式
インクジェット方式と言うと、紙のプリンターをイメージするかと思いますが、紙のインクジェットプリンターの場合、液体インクを印刷紙の上から吹き付けて印刷していきますよね。3Dプリンターの場合では、インクの代わりに液状樹脂を吹き付けます。液状紫外線硬化樹脂を噴射し、特定波長の光で照らす事で硬化させて積層させていきます。この方式は、熱溶解積層方式より積層ピッチが薄いので、より細かな造形が可能です。また、表面の仕上がりも滑らかに仕上がるのが特徴です。なので、出力したいパーツが細かな造形の場合に向いています。また、高速造形が可能な点も特徴の一つです。
高品質な機種の場合は、様々材料選択が可能で、最もポピュラーな材料にはアクリル系樹脂が挙げられます。ABSライク、PPライク、ラバーライク等、様々な性質を持った材料が利用可能で、複数材料を混ぜて使用できるものもあります。
⑤粉末積層方式
粉末焼結方式と同様、粉末材料を使用する造形方式になります。粉末積層方式は、石膏やデンプン等のリーズナブルな粉末を樹脂で接着し固めて造形していきます。なので、粉末固着式積層法とも言われています。材料コストが安く、比較的造形するスピードも早く、カラー出力可能な点が最大の特徴です。この方式では、造形と同時に造形物の外側に紙の印刷で使用するインクジェットプリンターのインクを吹き付け着色します。3DCGによるキャラクターのテクスチャーに関しても、CGで定義した通りに出力可能なので、出力後に塗装は不必用です、
カラー付きで出力可能である優れた特徴があるので、用途としては3DCGでモデリングしたフィギュアサンプル、建築模型、ランドスケーブ等の土木分野では、カラー付きで立体的で且つビジュアルを確認する目的としてお勧めです。強度などを求めない造形物に対してよく使用されるタイプになります。
3Dプリンターは世界各国で活躍している
3Dプリンターじゃ、世界各国で様々なシーンで活用されている便利なアイテムとなっています。産業や医療の専門分野でも、それぞれ産業分野において出力内容に対応した3Dプリンターが開発されています。産業分野では、試作品の製作でなく最終製品の生産出力を目指して、世界では自動車や住宅等を3Dプリントする企業も近年は登場してきています。
例えば、アメリカでは、大型3Dプリンター導入して、走行可能な自動車製作が行われています。車のタイヤやエンジンを除いた車体中心に、3Dプリンターで構成部品の75％を製作し、今後はその比率を更にアップさせる取り組みがなされています。他にも、フランスをはじめ海外では、建設現場で活躍するロボットアーム型の3Dプリンターが用いられています。特殊コンクリート混和素材を用いて3Dプリンターした公営住宅が公開されています。
3Dプリンターの活用が進む理由
3Dプリンターの活用理由には、車や家の製造過程で大きくコスト削減できる事が導入理由に挙げられます。製品構成の際にパーツ数削減が可能になるので、組立工程削減や在庫管理削減にも繋がります。パーツ数が減れば廃材量削減もでき、環境への負荷低減も期待する事ができます。また、現在では様々な分野で3Dプリンターでの金型製作、精密機器向け部品生産等の技術開発も推進しています。
医療分野でも、多様な素材を扱う事ができるようになり、色々な研究が進んでいます。例えば、人工骨を3Dプリントで製作する研究が行わており、リン酸カルシウムの一種を材料として骨の内部構造を再現したり、ゲル素材を材料に内蔵モデルを作成したり、色々取り組まれています。本来、3Dプリンターはオーダーメイドが得意ですが、医療分野においては、体のサイズや形状が一人一人異なるので、この特徴がマッチしています。今後は、臓器造形等にも用いられる等、再生医療の現場でも活用が進んでいく事が期待されています。
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