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3Dプリンタ精度向上のカギ

メカ的な精度向上は限界!同期性能が高く低振動なサーボシステムとは?

3DプリンタメーカーT社(従業員数:約500名)
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Problem
課題・問題

3D CADや3D CGなどの3次元データから立体造形物を生成する3Dプリンタ。「新しいものづくりの可能性」が期待される機器として,その用途は製造業を中心に建築・医療・教育・先端研究などさまざまな分野に広がっています。

特許切れで拡大する3Dプリンタ市場

3Dプリンタの開発・製造をおこなうT社は,市場の拡大を見越しハイエンドの3Dプリンタ開発に力を入れていました。設計部グループリーダーU氏はこう語ります。

「近年,3Dプリンタ市場は盛り上がっています。2009年にFDM(熱溶解積層法)*の特許の期限が切れ,2014年にはハイエンドの3Dプリンタに多いSLS(粉末焼結法)*の特許の期限も切れることから,参入するメーカーは増え続けています。
アメリカでは3Dプリンタの研究開発促進のための補助金プログラムが創設されていますし,ヨーロッパでも同様の補助金プログラムが設立される予定です。それにともない,今後もますます市場が拡大することが予想されます。」

* FDM(Fused Deposition Modeling):熱溶解積層法。樹脂を高温で溶かし積層させることで立体形状を作成する。
* SLS(Selective Laser Sintering):粉末焼結法。樹脂や金属の粉末にレーザーを照射して焼結させる。

メカ的な精度向上は限界!?高品質な造形を実現するサーボシステムが必要!

製品の試作・評価工程を大幅に削減できることから,T社では,ユーザーの開発期間を短縮し,競争力アップに貢献する3Dプリンタの開発に日々取り組んでいました。

「厳しい競争を勝ち残っていくため,さらに精度の高い3Dプリンタを開発する必要がありました。3Dプリンタにおける精度とは,X-Y軸のスムーズな動きとノズル開閉の同期性に起因します。現行機では,PLCとパルス列I/Oでサーボシステムを構成し,メカ的に精度をあげる努力をしていたのですが,それも限界でした。精密で高品質な造形を実現するために,これまでのX-Y軸各1本のアクチュエータではなく,ガントリ構造の採用を考えていましたが,そのためには,今まで以上に同期性能が高く低振動なサーボシステムが必要でした。」(U氏)

また,高速化についても課題を抱えていました。
「造形速度を向上させることで,サイクルタイムを短縮したいと考えました。ですが,単純に速度アップしようとすると,加速・減速するときに振動が発生してしまいます。造形品質を落とすわけにはいきません。
さらに,他社との差別化を図るためにも現行機種と装置サイズは変えずに,造形スペースを大きくしたいと考えていました。」(U氏)

より短時間に高品質で高密度・高精細な造形を実現するにはどうすればいいのか,課題は山積みでした。

課題
  • 精密な3Dプリンタを作るために,同期性が高く,低振動なサーボシステムが必要。
  • 造形速度を向上させ,サイクルタイムを短縮したい。
  • 現行機種と装置サイズは変えずに,造形スペースを大きくしたい。
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