あの、ゆるやかな日々。

品質の安定化
製品への傷の発生や、異物混入などの品質リスクを無くすことができます。品質を安定化するにはロボットハンドの最適化が必要になります。ロボットハンドの最適化については後述していますので、そちらを参照ください。


生産速度の向上
ロボットを用いることで、人手作業よりも速い速度で安定稼動させることが可能です。従来の人手作業にあわせた生産速度ではなく、付帯設備の能力を最大限に活かす事が可能です。


作業ミスの削減
製品の入れ間違いや、個数の間違いを無くすことができます。ロボットにレシピを設定することで、現在生産している製品の梱包方法が確実に実行されるようになります。付帯設備やシステムと連携して、どのレシピで生産するかを自動選択できるシステムを作ってみるのも良いでしょう。

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金属積層造形と一口に言っても、モデルによって造形の仕方に違いがあります。ここでは、金属積層造形で採用されている造形方法の種類についてご紹介します。

パウダーベッド方式

パウダーベッド方式（PBF：Powder Bed Fusion）は、金属粉末を敷き詰めた床にレーザーやビームを照射して溶融・凝固を繰り返し、造形する方式です。パウダーベッド方式は、金属積層造形の種類のなかで最も多く採用されています。

パウダーヘッド方式は、さらに細かく分けると、レーザー熱源方式と電子ビーム熱源方式があります。レーザー熱源方式は、造形精度が比較的高く、微細な形状を得意としますが、スピードに乏しい特徴があります。一方で電子ビーム熱源方式は、造形スピードが速いものの、精度が比較的出にくい特徴があります。

パウダーベッド方式のメリット・デメリットは以下の通りです。

●パウダーベッド方式のメリット

・レーザーを用いた造形は、精度が比較的高い

・ポピュラーな方式のため、3Dプリンターの選択肢が豊富

●パウダーベッド方式のデメリット

・造形に時間がかかる

・サポート除去の手間がかかる

メタルデポジッション方式
メタルデポジッション方式は、金属粉末を吹きつけながらレーザーを照射して金属を積層し、凝固させていく方式で、別名「指向性エネルギー堆積法」とも呼ばれています。

メタルデポジッション方式は、肉盛りのような形で積層していく仕組みのため、一から造形するだけでなく、欠損部分を補修することも可能です。


●メタルデポジッション方式のメリット

・既存製品の補修が可能

・パウダーベッド方式よりも造形スピードが速い

・金属粉末の除去作業を必要としない

●メタルデポジッション方式のデメリット

・造形できる形状に制限がある

ADAM方式

ADAM方式は、樹脂材料を用いた3Dプリンターに多く採用されているFDM方式（熱溶解積層法）と同じく、材料をノズルから押し出して造形する方式です。

ADAM方式では、金属材料とバインダーを混合した素材を熱で溶解して積層していきます。造形後は脱脂をして、バインダーを取り除く必要があります。バインダーを除去したあと、炉に入れて焼結させることで、金属製品ができあがります。

●ADAM方式のメリット

・他の方式に比べて高強度・高密度・高精度の金属製品を短い時間で造形できる

・金属粉末が飛び散らないため、安全性が高い

・3Dプリンターの導入コストが抑えられる

●ADAM方式のデメリット

・脱脂や焼結の工程が必要

バインダージェット方式

バインダージェット方式（Binder jetting）は、金属粉末にバインダーと呼ばれる液体結合剤を噴射して固形化する方式です。

ADAM方式と同じく、造形後にバインダーを除去するために、脱脂・焼結の工程を必要とします。

バインダージェット方式には以下のメリット・デメリットがあります。


●バインダージェット方式のメリット

・サポート材の除去が不要

・未使用の金属粉末は再利用できる

・造形速度が早い

●バインダージェット方式のデメリット

・表面精度が粗い

・強度が弱い

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1983年にチャック・ハル（Chuck Hull）が「stereolithography」と呼ばれる最初の3D印刷プロセスを発明しました。特許に書かれている内容では、stereolithographyは紫外線硬化性材料の薄い層を連続して印刷すること、光硬化性液体を用いた「印刷」にのみ焦点を当てていますが、チャック・ハル（Chuck Hull）が3D Systemsを設立した後に、液体だけに限定されず、個体を造形物に印刷する技術を確率しました。これにより、3Dプリンターの基礎ができました。


2009年までは3Dプリンターは工業用途に限定されていましたが、一般的な3Dプリンター技術の1つであるFDM（溶融堆積モデリング）の特許が失効しました。それにより、デスクトップ3Dプリンターが生まれることになりました。当時の話によると、20,000,000円のコストが200,000円以下で購入できるようになり、2009年には個人向け3Dプリンター市場が開かれることになりました。その影響で3Dプリンターの販売は年々増えており、特許に縛られない新しい製品が生まれるとされています。


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金属3Dプリンターは多くのメリットがあるため、以下の業界に使用されています。

医療分野
医療分野では、金属3Dプリンターが積極的に使用され始めています。なぜなら、患者に合わせて最適な形状に設計した「人工骨」や「入れ歯」を提供する必要があるためです。

金属3Dプリンターでは、CADデータで自由に形状を制御できるため、各患者に最適なモデルを作製できます。

そのため国内でも、金属3Dプリンターで作製した人工骨の「薬事承認（製造販売に必要な承認）」を取得する企業・研究グループが増えています。


自動車業界
自動車には、切削加工が難しいチタン材料や複雑形状のパーツが、数多く使用されています。したがって自動車業界は、金属3Dプリンターのメリットを活かしやすい分野です。

イタリアの自動車メーカー「ブガッティ」は、サーキット専用のモデルを生産し、金属3Dプリンターで作製したパーツが採用されています。

ただし、このモデルは限定40台のスーパーカーであり、量産品には実用化されていません。大量生産の課題を克服できれば、金属3Dプリンターの使用頻度が増えるでしょう。


航空宇宙分野
金属3Dプリンターは、航空宇宙分野にも使用可能です。航空機エンジンに使用するタービンブレードや燃焼ノズルは、鋳造・切削加工が難しい複雑な形状であるため、金属3Dプリンターが適しています。

アメリカの航空機エンジンメーカー「GEアビエーション」は、燃焼ノズルの造形に成功し、実際にエンジンへ搭載されています。

従来は20個以上の部品を組み立てていましたが、金属3Dプリンターの活用によって製品の一体化を実現。組み立ての手間や、部品管理コストの削減に成功しています。
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造形方式に合わせたデザインや設定の知識が必要
金属3Dプリンタを使いこなすには、デザインや設定に関する知識が必要です。
知識がないまま金属3Dプリンタを使用すると、思ったような造形ができない可能性があります。
造形方式によって実現できるデザインや最適な設定方法には違いがあるため、
それぞれを理解したうえで金属3Dプリンタを有効活用しましょう。


現段階での用途は限定される
金属3Dプリンタを導入している業界や企業は、まだ多くはありません。そのため、現段階での用途は限定的です。
金属3Dプリンタを導入する際は、目的を明らかにしたうえで十分活用できそうか検討しましょう。

部品については基本的に加工が必須
金属3Dプリンタで作った造形物は、基本的に再び加工する必要があります。
表面の仕上がりや寸法精度は、従来の機械加工には劣るためです。
複雑な形状を金属3Dプリンタで作り出したら、改めて加工して微調整しなければなりません。
そのため、最初から二次加工を意識して設計する必要があります。


費用対効果が低くなる可能性がある
すでに触れたとおり、金属3Dプリンタの用途はいまのところ限定的です。
そのため、コストをかけて導入してもそれを回収できるかどうかは不透明です。
目的によっては、費用対効果が低くなる可能性もあります。

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3Dプリンタを選ぶ際には、どの程度精密に立体モデルを作成できるのか、精度についても考えることが重要です。
3Dプリンタにおける精度とは、立体の仕上がりを表す表面精度（粗さ）と、設計図と同じものを製作する寸法精度の2種類にわけられます。
3Dプリンタの精度にはさまざまな要素があり、すべての製品に「精度」という項目で説明があるわけではありません。
そのため、それぞれの数値が必要な精度を満たしているのか確認することが一般的です。
なお、どのような要素があるのかは後述します。


3Dプリンタと加工機の精度の違い
3Dプリンタも加工機も、立体モデルを作成するための機械です。しかし、それぞれ加工方法に違いがあります。
3Dプリンタは樹脂や金属粉末をプリンタで積層させて立体モデルを作成する足し算の製作方法です。
一方、加工機は棒状やブロック状の材料を削って目的の形状を作り出す引き算の製作方法です。
3Dプリンタの寸法精度は数十～数百ミクロンほどが大多数ですが、加工機は数ミクロンからそれ以下の誤差しか生じません。
3Dプリンタは加工機と比較するとどうしても精度は落ちます。また同様に表面粗さも加工機の方が圧倒的に優れます。


3Dプリンタを使用するメリット
3Dプリンタは加工機よりも精度は落ちますが、形状によっては製作にかかる時間が短くコストも抑えられます。
こういった手軽さから、アイディアが浮かんだときもすぐに造作可能です。
試作品作製のときなど、微調整をしつつ何度も作成できるようになり、よりよい製品開発につながるでしょう。
また、加工機のほうが精度が高いことは事実ですが、加工機では製作不可能な形状が、3Dプリンタでは製作出来ることがあります。
寸法精度としては落ちるといっても数十～数百ミクロンの差でしかないため、加工機ではなく3Dプリンタを利用するメリットも大きいでしょう。

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