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人材不足が深刻化する日本では、ロボティクスの最新技術を用いて、人の代わりにロボットが仕事をすることは珍しくありません。具体的にどのような仕事をしているのか、3つの事例を紹介します。

製造業での工程の自動化
製造業ではさまざまな工程を、ロボットによる自動化にすることで、生産の効率化が進んでいます。少ない人材で工場を管理できるようになるため、労働力が不足している製造業においては救世主ともいえる存在になっています。


ロボットが導入されたことで、製造量や原料の供給量の調整が容易になったり、一定の品質を担保できたりするなど、さまざまなメリットが得られます。完全自動化を実現した工場もあり、今後も工場自動化は進むでしょう。

ロボット店員が飲食店で働く
飲食店でロボットが働く姿は、今や珍しい光景ではありません。料理を作ったり、運んだりする技術が開発されたことで、多くの飲食店でロボットが普及し始めています。人に代わりたこ焼きを作ったり、コーヒーを入れたりするなど、工程が多い作業にも対応できるようになっています。


農作物の収穫にロボット
農業の分野においては、若手の人材不足が深刻化している状況です。そこで導入されたのが、収穫作業を自動化できるロボットです。

収穫ロボットは画像認識で農作物の成熟度を判断し、熟れた実だけを選別しながら採取します。実に触れず収穫できるロボットや、複数のアームで効率よく作業するロボットなど、さまざまな収穫ロボットが開発されています。

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プリント方向の調整
光造形3Dプリンターの反りを防ぐ第一の方法がプリント方向の調整です。下記はわかりやすい例ですが、平べったい形状のものをビルドプラットフォームにそのまま配置すると、積層ごとの面積が広くなってしまいその分反りやすくなります。


プリント方向を斜めにすることで反りを防ぎやすくなります。これは設置面が小さい面積から徐々に広くすることで、レイヤー間の表面積の差を小さくし、積層時の硬化による影響を少なくして、反りをおさることができます。

パーツを分割する
大きい造形モデルだと、造形物が大きい分、積層時にかかる圧力も大きくなります。分割することが可能であれば、複数のパーツに分割して、造形後に組み立てたり接着させることで反りを防ぐことができます。


穴をあける（中空時）
造形モデルの内部が空洞になっているモデルや、カップ状になっているモデルを造形する際には、造形物に空気を逃がすための穴をあけると、反りが出にくくなります。光造形3Dプリンターは、液体のUVレジンにビルドプラットフォームが下りて上下動を繰り返すことから、カップ状や中空状の造形モデルは空気かつが発生しゆがんだり反ったりする可能性があります。

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3DプリンターでPLAフィラメントを利用すると、以下のようなメリットがあります。

ノズル詰まりが起きにくい
PLAフィラメントは非常に硬い素材のため、ノズル詰まりが起きにくいです。

3Dプリンターのノズル詰まりは、TPUフィラメントなど柔らかくコシが弱い素材で起きます。なぜなら、フィラメントが搬送される経路で曲がってしまい、正しくノズルに達しないためです。この現象をジャミングと呼びます。


ジャミングが起きると、ノズルを分解してメンテナンスをしなければいけずに大変です。このような手間を省けることもPLAフィラメントの魅力で、初心者の方が扱いやすい素材として知られています。

造形品質が安定しやすい
PLAフィラメントは熱収縮性が低く反りが起きにくいです。フィラメントを熱で溶かして造形物で出力するときに熱収縮することがないため、寸法通りに造形できます。


熱収縮性が高い素材を使用すると「途中まで造形が上手くいっていたのに、熱収縮で反りが起きてしまった」などの悩みを抱えやすいです。熱収縮性が低いPLAフィラメントを使用すれば、造形中の悩みを抱えずに済みます。

低価格で購入できる
PLAフィラメントは500g当たり2,500円と低価格で購入できます。他の素材と比較しても低価格です。低価格で購入できるため、気軽に利用できるフィラメントとして人気があります。

また、「PLAマット」「PLAシルク」「PLA木質」など種類が豊富で、利用目的に応じたものを選べます。
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3Dプリンタを導入した場合、具体的にどのようなことができるのでしょうか。


複雑形状のすばやい製作
企業が3Dプリンタを導入した場合、異なる素材を用いた複雑な造形も正確かつ迅速に製作できます。
3Dプリンタでの製作が可能になれば、製造工程の見直しや改善も期待できます。


製作の時間短縮
3Dプリンタを導入することで、製作時間の短縮につなげられます。
試作品を内製化すれば、加工事業者へ依頼するコストや製作にかかる時間を削減できます。
3Dプリンタがあれば試作品を金型レスでスピーディーに製作できるため、
リアルタイムのアイデアや改善策などを反映させた製品開発が可能です。
結果的に、社内の製造・開発に関する業務効率化も期待できます。

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金属造形の現状を解説します。

強度
製作物の強度は、金属造形の重要ポイントです。2022年時点では、一般的な用途であれば従来製法と同等かそれ以上の強度を出せます。
一方で疲労強度が従来製法より低く出る傾向にある事が今後の課題とされています。

金属造形の活用事例
ここからは、金属造形の活用事例を紹介します。金属3Dプリンタの利用を検討している人は参考にしてください。

医療
医療では、人工膝関節・人工股関節などに使われるインプラント（人体に埋め込む医療器材）や歯科技工物などに金属造形が利用されています。
患者の3Dデータがあれば、病院などでもその人に合った親和性の高いインプラントや医療器具を短時間で製作できるためです。
さらに、インプラントにメッシュ構造を取り入れる技術開発も進んでいます。
細胞や組織液の浸透率がアップするため、従来よりも早い組織再生が可能です。


自動車
自動車は、金属造形の本格的な導入が進む分野です。特に、欧米の自動車メーカーでは、広く金属造形の技術が使われています。
例えば、高級自動車の部品や電気自動車の試作品、レーシングカーのパーツ、クラシックカーの部品・修理などです。
日本でも、技術の変化が早い電気自動車の製造などに金属3Dプリンタを利用する取り組みが始まっています。

航空
航空や宇宙の分野では、エンジンや燃料ノズル、客室設備などに使われる複雑な形状の部品製作に金属造形の技術が使われています。
一体造形によって部品数や接合箇所を削減でき、軽量化やコストカット、安全性向上などの効果が見込めるためです。
人工衛星や惑星探査機の部品製作にも、金属造形の技術が活用されています。


金型製作
硬度と精度が求められる複雑形状金型は、これまで主に匠の技で作られてきました。
しかし、金属造形を利用すれば、従来の加工法では難しかった形状の金型も容易に作れるとして注目が集まっています。
高温の金型を短時間で冷却するための3次元水管は、その代表例です。
製作にコストと手間がかかる深堀加工金型も、金属造形の技術を使えば安く短時間で作れます。
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