EOSテクノロジーで軽量化と耐久性を実現した積層造形グリップシステム

ヴィットマン＆クーンストッフ｜サクセスストーリー

機能的ベースプレート付き気管支グリッパー EOSテクノロジーにより軽量かつ耐久性を実現

親指と他の指が対になっている人間の手は、握り、探求し、働くための理想的な道具である。そのため、文化活動や技術進歩の鍵ともなっている。産業界では、この独創的な原理がしばしば利用されている。機械が使われる工程のひとつに、次の作業工程に運ぶために、ほとんどどんな部品でも自動的に把持することがある。

このようなグリップマシンは、エンジニアリングの傑作です。Kuhn-Stoff GmbH & Co KGは、EOSアディティブ・マニュファクチャリング技術を応用した特殊なエンジニアリングに専念しています。このプロセスでは、レーザー光線で溶融したプラスチック粉末から、層ごとに機械部品を形成します。このようにして、クーンストッフ社は、ドイツのニュルンベルクにあるヴィットマン社（Wittmann Robot Systeme GmbH）向けに、非常に軽量で強度と耐久性に優れた気管支グリッパーを開発・製造した。このグリッパーは、空気圧ダクトを内蔵した支持フレーム上に4台設置されている。

「私たちは何年も前から、自動化のさまざまな分野で積層造形法を使用して製造された部品を導入してきました。気管支グリッパーは、私たちの要件をすべて満たしています。この部品は、日常的な性能において非常に信頼できます。"

ミヒャエル・トルツ｜ドイツ技術部長兼支店長｜ニュルンベルク・ヴィットマンロボットシステム社

チャレンジ

最低500万回の動作サイクルで必要な荷重を移動できる統合機能を備えた軽量グリップシステムを構築する。

お客様はロボットとオートメーションシステムのメーカーです。Kuhn-Stoffは、空気圧機構を介して生産機械から機械部品を持ち上げ、搬送し、セットダウンするメカニカルグリッパーの再設計を依頼されました。グリッパーは、必要な荷重を移動させることが可能でありながら、以前のものよりも軽量であること。設計の複雑さは単純化され、部品は効率基準を満たさなければならない。

このようなグリップ・システムは、与えられた単位時間内にできるだけ多くの機械部品を移動させるために、素早く動作しなければならない。

質量が不活性であるということは、それを動かすためには力を加えなければならないということである。荷物が重く、速く動けば動くほど、加速と減速の両方に必要な力は大きくなる。

エネルギー効率の観点とは別に、この事実はシステムの耐久性にも特に悪影響を及ぼす。

前バージョンのグリッパーは、アルミニウム、ゴムチューブ、複数の接続エレメントから作られており、製造コストが高かった。クーンストッフ社のレイヤー製造の専門家は、設計を大幅に簡素化するという目標を設定した。機械部品の新しい構造は、軽量化の一部に貢献するはずだ。もう1つの部分は、積層造形の主な利点の1つである、残りの部品の構造最適化によって達成されなければならない。作業が始まるとすぐに、新しいグリッパーは、製造後の仕上げやさらなる組み立てを必要とせず、単一部品として製造できることが明らかになった。

ソリューション

FORMIGA P 100を利用した、機能的なベースプレート上の安定したグリッパーの簡易設計と少量生産。

圧縮空気がフレキシブルな膜に流れ込むと、グリッパーの爪が開き、同様に圧縮空気を止めるとシステムは閉じる。プラスチックの柔軟性に加え、部品は90°旋回し、必要な動作シーケンスを実行できなければならない。これらの要件を考慮することで、必要な部品点数をわずか2点に減らすことができた。

設計プロセスの完了とともに、Kuhn-Stoff社は、FORMIGA P 100を使用して新しいグリップ・システムの製造作業を開始した。わずか数時間で、グリップシステムの2つの部品がポリアミドから製造されました。EOS技術のおかげで、空気圧ダクトとコネクターはベースプレートに完全に統合されました。
「いつものように、EOSシステムを使った生産はスムーズで問題ありませんでした。最終的な結果は、今回も関係者全員に感銘を与えました。1つの工程で、顧客の要求をすべて上回る機能的に統合された部品を作ることができました」。Kuhn-Stoff社のCEO、Hannes Kuhn氏は、次のように語っています。「つまり、積層造形は今や日常的な現実となりましたが、その結果はやはり並外れたものでした。

「我々はEOSテクノロジーを8年以上使用しており、好結果ばかりを得ています。正しく適用されれば、設計の柔軟性が大きなメリットをもたらし、我々の顧客は市場においてほとんど他の追随を許さない優位性を得ることができます。"

ハンネス・クーン｜CEO｜Kuhn-Stoff GmbH & Co KG

結果

軽量にもかかわらず、グリッパーは過酷な連続使用でも必要な荷重を支えることができる。500万サイクルの後、指定された耐用年数に達したため、チームはストレステストを中止した。この間、不具合や故障は一度も発生していない。その理由は、ベースプレートにエアダクトが内蔵されているにもかかわらず、強度が確保されていることにある。さらに、柔軟な設計により、小さな衝突が発生しても、グリッパーシステムや射出成形ツールに損傷を与えることはない。場合によっては、軽量化により、より小型のロボットを使用することが可能となり、大幅なコスト削減につながります。さらにヴィットマン社は、グリッパーの高さが低いため、射出成形機のクランププラテンの必要な開口幅が小さくなり、作業サイクル数を増やすことができました。つまり、運転コストの削減です。

製造コストは、従来型と比べて50％削減された。これは軽量化と、部品点数を21点から2点に削減したことによる。同様に重要なのは、製造時間が短縮されたことである。以前はクーンストッフが12日間かけて製造していたグリップ・システムが、今ではわずか3日間で済むようになった。

「新しいグリップ・システムには非常に満足しています。ヘビーデューティーで継続的な使用において、以前のユニットと同様に効果的であることが証明されました。アディティブ・マニュファクチャリングが気管支グリッパーの製造にもたらしたものほど、グリップ製造の進歩が著しいものは見たことがありません。この製造方法は、私たちのオートメーション・ソリューションに非常に良い影響を与えています」と、Wittmann Robot Systeme GmbHの技術責任者兼支店長であるミヒャエル・トルツ氏は総括する。革命が進化に勝ることもある。