Netfabbの説明会に行ってきました!アディティブ・マニュファクチャリングを実現する為に

金属造形の現状

現状では金属を削ってモノを作る方が、「時間」も「コスト」も少なく済みますが、10年後には「コスト」が下がり、「時間」も短縮され、金属加工業であたり前のように金属3Dプリンターを活用した「ものづくり」を行っていることが予測されています。我々も、そろそろ次の時代を見据えて準備を始めないといけません。

今回は、現状の金属造形3Dプリンターが活用される為に必要な技術に焦点を当ててご紹介していきたいと思います。

アディティブ・マニュファクチャリングとは

Additive Manufacturing:積層造形 

金属3Dプリンターの加工方法には次の2種類があります。
① レーザーを照射して粉状の金属を溶かしながら積層するパウダースプレー式。DMG森精機やヤマザキマザックが採用したのがスプレー式です。
② 加工台に金属粉を敷き詰めて固めたい部分にレーザーを照射して成形するパウダーベッド式。

速度はスプレー式、精度はベッド式が優れているとされています。こちらは樹脂でもおなじみですね。
造形時の問題点としては、樹脂と違い重量があることや温度変化による歪み、サポート材を外すことに非常に労力が必要なこと、などが挙げられます。

Netfabbとは

Netfabbは、3Dプリントを対象とした3Dデータの編集・修正、を行うためのソリューションソフトウェアです。
3Dプリントの際に問題となる、ソリッドモデル化、メッシュ容量の削減、中空化モデルの作成からパーツ同士の干渉チェックなど、3Dプリントのプロセスで必要となるモデル編集を行えます。これはまだ基本的な部分ですね。

Netfabbのすごいところは、解析とモデルへの反映にあります。
造形後形状の予測解析を行い、歪み補正を元データに反映させたり、ラティス構造を自動計算してくれるだけでなく、結果に対して強度不足の箇所を解析し、必要な個所を太らせるような処理も行ってくれます。ラティス構造を計算するWithinというソフトがあったのですが、そちらが統合されています。複数ヘッドの3Dプリンターにも対応しており、10個のヘッドを同時に制御することも可能です。

●3Dプリント時のサポート材計算
また、金属プリンターとなると、サポートも剥がす作業が大変なのですが、できるだけ仕上げ面に干渉しないようなサポートを計算してくれます。

●歩留りの計算
樹脂も金属も、パウダーヘッド方式だと歩留まりを計算したいところです。Netfabbではこちらも搭載されており、3Dの歩留まり計算で最適な結果を得ることができます。

ジェネレーティブデザイン

ジェネレーティブデザインとは、コンピュータが自己生成的にデザインを生み出す技術として知られています。2016年にオートデスク社が発表した「Dreamcatcher」は、解析技術の延長でしかなかったトポロジー最適化よりも、コンピュータが自己生成的にデザインを生み出すというコンセプトになっています。

●シェイプ最適化・トポロジー最適化
ジェネレーティブデザインの基本となる機能です。近年の3DCAD業界では、各社「シェイプ最適化」機能を発表しています。上記の「Dreamcatcher」ほどのことはもちろんできませんが、どのように荷重解析を行い、形状を最適化させるか、検証する価値は十分にあると思います。

おすすめは「Autodesk Fusion 360」を無料ダウンロードして試してみることですね。タダで試せるとは、恐ろしい時代ですね!

ではまた次回!

設計・製造ソリューション展(DMS)で砂型積層3Dプリンターを見てきました

新しい3Dプリンターの展示

設計・製造ソリューション展(DMS) 2017では、HP社のボクセル形式3DプリンターJet Fusion、中型の高精度3DプリンターRAISEなど、様々な実務利用に向けた3Dプリンターが発表されていました。
ジェネレーティブデザイン、アディティブマニュファクチャリングが現実味を帯びてきています。
コストとスピードをクリアした時点で、製造業のあり方も大きく変わることになります。

インダストリー4.0というと壮大なテーマですが、これらの技術が一般的に利用できる時代に向けて、準備を始める時期に差し掛かってきているのではないでしょうか。

砂型積層3Dプリンター

今回は、その中でもかなり実用化が進んでいる「砂型積層3Dプリンター」について取り上げてみました。
簡単に説明すると、砂を積層造形方式で3Dプリントしていくのですが、製品との境界のみ硬化させ、中身の砂は未硬化で再利用できるシステムになっています。価格も9,000万円程度になっていますので、レーザー焼結と5軸加工の複合機(数億円)と比較して導入しやすい金額になってきていると言えます。

<SCM-800>

実際に約60kgの大型鋳物を製作する期間が、木型工法だと約1か月のところ、積層工法だと約3日、と最大工期短縮90%という驚くほどのメリットが出ています。

造形手順としては、「砂を敷き詰める」⇒「バインダを砂に噴射→造形テーブルが一層下がる」を繰り返す⇒「新たな層の造形の為砂を敷き詰める」といった工程になります。
鋳物で製作されている部品の代表例としては、インバーターケース、シリンダーヘッド、ターボチャージャー、シリンダーブロック、マニホールドなどが有名です。現在では、内部構造の高効率化で、内部設計データがかなり複雑になってきており、薄肉などの対応には砂型積層3Dプリンターが最適なパーツが増えてきています。
積層砂型といえばコイワイ様が有名ですが、展示物も半分ほどご提供されていました。

鋳物業界(製造業全体かもしれませんが)の現状としては、3Kと言われていますが、3Dプリンターの導入でかなりイメージが変わってきているようです。後継者不足の問題も、3Dデータ作成などのデジタルとの融合で、若者イメージも良くなってきているようです。

砂型積層3Dプリンターのメリットまとめ

◆マスター型が不要。3Dデータから直接造形可能
◆薄肉・高精度鋳造物の製作が可能になる
◆従来の木型、砂型反転工法でできなかった構造も製作可能になる
◆熟練の技術を3Dデータに置き換え可能
◆「3Dプリンター」で若者のイメージが良くなることで、後継者不足を解消!

型を3Dプリンターで製作することは、強度、品質において非常に重要なことだと感じています。砂型積層3Dプリンターが広がることで、熟練の技術をしっかりと受け継いでいけると良いですね!

製品を取り外す時の、バリバリ!どうにかならないか?

3Dプリンター暦は、まだ2ヶ月ヒヨッコなので、
まだ良く分からない事ばかりですが、印刷後とまどったのがテーブルと製品の張り付き具合です。
私の、Flash Forge Finder は、最初からビルドシートが貼ってありました。
最初のうちは、半自動の機能で水平出しを行えは、綺麗にできていましたが形状にもよりますが、だんだん、張り付き具合が悪くなり途中で反りが出て、最悪剥がれて、エクストルーダーにフィラメントが巻きついたりしてしまった。
それで、説明書には何も書いてなかったけど、付属についてきた、スティック糊を、テーブルに塗って、印刷したところ、

おぉっ、なかなかいい・・・反りもほとんど出ない。
ただ、ふき取りの有無や時期がよくわからないのでとりあえず、一日使うとウェットティッシュでふき取っています
ところが、やっぱり形状によってですが、テーブルとの設置面積が広いと張り付いてしまい、ペンキをはがすスクレイパーを買ってやってますが
無理すると、テーブルを傷つけてしまったり・・・

それで、スライサーのオプションにあった、ラフトをつけてみるとテーブルからは剥がれやすくなったけど、今度はラフトと製品がなかなか剥がれない。

酷いと、ラフトの密度が製品よりも粗くなっているようでこいつがスクレイパーやニッパではぜんぜん取れなくなってやすりでザリザリそげ落とすことも・・・

う~んどうにかならないかなぁ~
そうだ、ラフトの印刷が終了し、製品部分の印刷が始まるタイミングで何かすれば、どうにかなるか?
っという事で、Gコードをいじくって、何かする事に・・・

次回に続く・・・

[最新の3Dプリンター活用事例] 樹脂金型の水穴を3Dプリンターで作成

製造業において3Dプリンターの導入は続々と進んでいます。

先日日本で発売が開始された、HP社のJet Fusion 3Dは従来のSLS(粉末焼結積層造形)方式の10倍の速さでナイロン素材をプリントできるなど、3Dプリンターの技術は目覚ましい進化を遂げています。

また、最近ではモックアップも最終製品に近いリアルモックアップが作成されていたり、最終製品を3Dプリンターで作成されている事例もあります。

自動車メーカーのダイハツは「コペン」のカスタムパーツを3Dプリンターで作成しており、また、ヨーロッパの航空会社エアバスはパーツの作成に金属3Dプリンターを用いることで製造にかかる材料消費量を75%、CO2を40%まで削減に成功しました。

利用用途を様々な領域に広げつつある3Dプリンターですが、金型の冷却用の水穴を3Dプリンターで作成することで効率化をはかれる可能性も秘めています。

樹脂金型で成型する工程の中で一番長く時間をかけているのが冷却時間です。
そこで、従来の切削加工では不可能だった、より冷却しやすいスパイラル形状の冷却穴の作成が検討されています。3DCADと樹脂流動解析ソフトウェアを組み合わせ冷却回路の計算とモデルの作成を行い、3Dプリントすることでそう言った水穴作成が可能となります。

もちろん、現状では金属を削って金型を作るほうが、時間もコストも少なく済みますが、将来的な量産用金型の形としては非常に面白い試みで、10年後にはコストが下がり、今までより早いモノづくりができるようになっている可能性も十分にあります。

3Dプリンター活用の幅はどんどん広がっていきます。
今後の3Dプリンターの技術発展が楽しみですね。

3Dプリンターのテーブルの水平を確認するG-codeを作ってみた

E指令がだいたい分かったので、テーブルの水平を確認するプログラムを作ってみる

テーブルの8割ぐらいの外周から、フィレメントを出しながら

内側に3周するようなプログラム

均一にフィレメントが載れは、水平だしは、問題ないとします

私のFinder は、角140mmのテーブルなので、100mmの四角から内側に入るような

動きにしよう。

FlashPrint が吐き出すコードと同様に、最初の外周のみは、

通常の3倍程度フィレメントを多く出すことにします。

作成したG-codeはこんな感じ

;start gcode
M118 X50.00 Y50.00 Z10.00 T0
M140 S0
M104 S210 T0
M107
G90
G28
M132 X Y Z A B
G1 Z50.00 F400
G161 X Y F3300
M6 T0
M907 X100 Y100 Z40 A80 B20
M108 T0
G1 X40.00 Y40.00 F4800
;preExtrude:0.20
G1 Z20.0 F400
G1 Z2.0 F100
G1 Z0.20 F40
;preExtruder:0.145L
G1 X50.00 Y50.00 F1800
G1 X-50.00 Y50.00 E14.5 F1200
G1 X-50.00 Y-50.00 E29.0
G1 X50.00 Y-50.00 E43.5
G1 X50.00 Y50.00 E58.0
;start:0.05L
M106
G1 E56.7 F1800
G1 X40.0 Y40.0 F1800
G1 E58.0 F1800
G1 X-40.00 Y40.00 E62.0 F800
G1 X-40.00 Y-40.00 E66.0
G1 X40.00 Y-40.00 E70.0
G1 X40.00 Y40.00 E74.0
;0.05L
G1 E72.7 F1800
G1 X20.0 Y20.0 F1800
G1 E74.0 F1800
G1 X-20.00 Y20.00 E76.0 F600
G1 X-20.00 Y-20.00 E78.0
G1 X20.00 Y-20.00 E80.0
G1 X20.00 Y20.00 E82.0
;end
M107
G1 E80.7 F1800
;end gcode
M104 S0 T0
G162 Z
G28 X Y
M132 X Y Z A B
G91
M18

これを、FlashPrint にドロップすれば、思惑通りの動きがシミュレートされます

でも本当は最初はうまくいかなかった。

実は、G-code を入力するとき、各指令のワードをくっ付けていました

そうするFlashPrint はうまく読み込めないみたい。ワードはスペースで区切ったほうがいいみたい

早速プリント。

最初の外周は、フィレメント量も3倍なので、結構いい感じで進んでいます

内側に入ると、はがれてきた。

再度、内側だけスピードを落として

ちょっとZを下げて(Z0.2 ⇒ Z0.15)みたけどあまりかわらなかった

でも、まぁ、外周がこれだけ張り付いていれば、テーブルの水平はOKじゃないかなぁ

これで、ランニング運転用と、テーブル水平だし用と、テーブル確認用のプログラム完成

Finder は一度実行すると、本体側にプログラムは保存されているので

いつでも、実行できます。

FLASHFORGE FlashPrint が吐き出した G-Code を覗いてみた。

NC工作機械のGコードは仕事でも携わってきたので
3DプリンターのG-codeにも興味がありテキストエディタで覗いてみた
テキストエディタでは、ヘッダー部分はたぶんバイナリデータなんだろうね?
文字化けの文字が並んでて、その後、G-code部分はテキストで出てくる
改行文字は通常のWindowsのテキストの「CR,LF」ではなく「LF」のみ・・
これは、FANUC系の工作機械と同じだね
なので、「メモ帳」では改行されないで、連続文字に見えるかもしれない
私の使ってる秀丸エディタは自動認識で正常に表示してくれた
さて、FLASHFORGE FINDER に同梱されていたサンプルデータ「20mm_Box.gx」
を覗いてみると、下記の感じ

;start gcode
M118 X15.00 Y15.00 Z10.00 T0
M140 S0
M104 S210 T0
M104 S0 T1
M107
G90
G28
M132 X Y Z A B
G1 Z50.00 F400
G161 X Y F3300
M6 T0
M907 X100 Y100 Z40 A80 B20
M108 T0
G1 X-15.00 Y15.00 F4800
;preExtrude:0.20
G1 Z.20 F400
;preExtruder0
G1 X-15.00 Y15.00 F4800
G1 X-15.00 Y-15.00 E4.3504 F1200
G1 X15.00 Y-15.00 E8.7009
G1 X15.00 Y15.00 E13.0513
G1 X-15.00 Y15.00 E17.4017

…実際のプリント動作指令

G1 X9.03 Y-9.06 E737.1908
G1 X9.06 Y-9.03 E737.1922
M107
;percent
G1 E735.8922 F1800
;end gcode
M104 S0 T0
G162 Z
G28 X Y
M132 X Y Z A B
G91
M18

G1やG90など、NC工作機械にも馴染みのコードもあるけど
主に機械の補助的機能を指令するMコードはあまり互換性がない
調べてみると下記サイトが見つかった
http://reprap.org/wiki/G-code

これみると
G00 位置決め(早送り)
G01 直線補間(切削送り)
G02 円弧補間・時計回り
G03 円弧補間・反時計回り
G04 ドウェル・一定時間停止
G28 機械原点復帰(指令軸のホームへ移動)
G90 絶対座標系(アブソリュート指令)
G91 相対座標系(インクレメンタル指令)
M06 工具交換
ここらは、NC機械と同じですね

プリンタ特有なのは
M118 ?よく分からない。プリントの最大値なのかな?
M140 ベット温度設定。これはFINDERではあまり関係なさそう
M104 エクストローダー温度設定。
M107 ファンOFF
M132 軸のオフセット設定?よく分からないが初期設定みないなものかな?
G161 指令軸の最小点に移動させる
G162 指令軸の最大点に移動させる
M907 軸のモータ電流設定?これもよく分からないがおまじない?
M108 エクストルーダ速度設定
M106 ファンON
M18 すべてのモーター無効(終了コード?)
E指令 フィレメントを押出す長さ指令(mm)
; 記号 コメント行
こんなところか。

まぁ、分からない指令は、おまじない的に書くとして
「G0」「G1」「G28」「G161」「G162」あたりの組合せで
ある程度の動作は、させられそうですね。
会社では新しいNC機械が入ってくると、ランニング運転用として
機械の最大最小付近を動作するようなNCデータを作成するのですが
そんなイメージのFINDER用G-Codeを作成してみたいと思います

っと思い、適当にテキストエディタでヘッダーの後にコードを編集し
そのデータを、FlashPrint へロードしてみたけど、読込んでくれない!

う~ん、たぶん、ヘッダー部分をエディタが壊したんだなぁ?
秀丸のバイナリモードで、オリジナルデータと壊れたデータを比べると
なるほど・・・
オリジナルの[0x00]ヌル文字が[0x20]スペース文字に変換されてた。
たぶんテキスト的には、ヌル文字なんて意味がないので
テキストエディタは勝手に変更しちゃうんだろうね
おそらくwindowsのメモ帳も同じような処理をするんじゃないかな?
これじゃ、テキストエディタでは、FlashPrintのG-codeの編集は無理!
そうなると、バイナリエディタで編集するしかないか?
と言う事でネットで探してみるとバイナリエディタ自体は
いろいろ見つかった。その一つを試してみると、
16進表示での編集になりそう。これでG-codeを入力するのには、
ちょっと面倒だなぁ
しょうがない、ヘッダーはバイナリのままで、G-code部分は
テキスト入力で、改行は「LF」にするプログラムを
暇つぶしに作ろうか~
使う人はあまりいないかもしれないけどね~
もしかすると、他のスライサーで出力したデータをコピペで
利用できるようになるかもしれない

FLASHFORGE Finder キャリブレーション

「ツール」⇒「設定」で出てくる「キャリブレーション」
何だろ?と思って押してみる。

ヘッドが移動して、テーブルが上がり、水平だしの時のセンサーでテーブルを確認し停止
よくわからず、そのまま確認してしまうと、大変なことに・・・

次に水平だしをしてテスト印刷するも、樹脂が空振りして空中でグニュグニュ状態で印刷できない
壊れたのか?そういえば、購入前のアマゾンのカスタマレビューにこんなのがあったなぁ

Amazon CAPTCHA

この人の場合は、突っ込んだみたいだけど、私の場合幸い空振り・・
でも最初は問題なかったから、たぶん「キャリブレーション」を押したのがまずかったに違いない!

ネット上では「キャリブレーション」の記事はみつからなかったけど、添付されていた

「ユーザー様へ」の資料の「トラブル」の項目にそれらしいのがみつかった

  • 本体をリセットします
  • タッチパネル設定からキャリブレーションを実行します
  • ーZをタッチしてヘッドとプラットフォームが接続できるぐらいに調整します
  • プロセスを完了します
  • プラットフォームを手で2cm程下に下げます
  • 電源を入れなおします
  • 水平だしを実行します

これだ!

早速やってみるけど、「ヘッドとプラットフォームが接続できるぐらい」と言うのが難しい

じじぃの目ではよく見えない・・

そこで紙をはさんで、あたりを見ながら、ーZボタンをおしてヘッドをさげてみる

一回押すごとに、「0.1mm」下がるみたい。

私の場合、「-2.2」で紙が抜けなくなったので、「-2.1」で調整しました

これで、電源OFFの後、再度「水平だし」を行う事で、正常にプリントできるようになりました

私が考えるに、この「キャリブレーション」は「ホットエンドノズル」と「センサー」の位置設定のように思います。

おそらく、ヘッドをバラさなければ、出荷前の設定で設定し直す必要はないと思いますが
この「キャリブレーション」簡単に押せてしまう割には、あまり情報がないので素人にはトラブルの原因になりそうな気がします

「水平だし」後に「キャリブレーション」を適当にやると、ぜんぜん印刷できなくなる事もあるし

もう少しこの二つの説明がほしいと思います

もしかすると、前のアマゾン投稿の人も、ここら辺の設定ミスかもしれませんね~

初めての、3Dプリンター。FLASHFORGE Finder

定年でとりあえず再契約
たぶん、だんだん自由時間も増えるだろうから、とりあえず3Dプリンター買ってみた
いろいろ調べたけど、結局は使ってみないと分からないみたいね~

トラブルも少なそうで、日本でのサポートもしっかりしていそうで、値段もそこそこだったのでこいつにしました。FLASHFORGE Finder

セッティング方法は、日本法人がUPしている動画でほとんど問題なくセッティングできましたがちょっと迷った箇所を書いておきます。

  • プラットフォームは取り外し可能です。とありますが、最初は結構硬くてなかなか取れません
    結構力を入れることで取り外しできした
  • 水平出しで、最初、全てのネジを閉めてから・・・とありますがどっちに閉めるのか悩んでしまいました。下側から見て閉める方向です。上からみると、半時計方向になります
    ようは、テーブルが下にさがる方向になります
  • 動画では一度に水平だしが完了するようにも思いますが、実際には3箇所順番に操作します
    まずは、左手前でセンサーがテーブルにタッチして、ネジを戻すように指示がでます
    まわしていくと、テーブルがセンサーに近づきビープ音がなります。ビープ音の状態で検証ボタンを押すと再度チェックが始まり、まわし過ぎたり、足りなかった場合にはその旨の指示が出ます。OKになれば次の箇所へ移動し調整を行います
    この操作を3箇所で行い。水平だし完了と表示されれは、水平だしは完了です
  • 次に樹脂の押し出しを行いますが、最初はなかなか出てこなくて、出てきても動画のようにまっすぐでなく、グニュグニュになりました。だけど、そのまま続けていくと、動画のようにまっすぐに押し出されるようになりました
  • テスト印刷のところでは、プリンターとPCの接続の方法などは詳しい説明がありません
    実際には、USBケーブルかWifiか、UBSメモリにデータを保存して実行になります
    Wifiには最初なかなかつながらなかってですが、メモリに保存されている
    ユーザーガイドに説明がありました。ただ私の環境では、DHCP設定にしてなかったが原因でした
  • また、FlashPrintを立ち上げた際、アップグレードの問いがありました
    これは、同梱されていた説明書に書いてありましたが、最初はアップグレードはしないほうがいいようです。
    アップグレードする場合には、本体ファームウェアを先に更新する必要があるようです。
    注意書きで、本体ファームが最新でなければ、最新ソフトを接続できなくなる恐れがあります・・と書かれていました
  • これは、もう少し気がつきやすいように、大きな文字で書いてほしいものです
  • いずれにしても、説明書は先によく読んだほうがよさそうです
  • 後は、下記の動画でほぼ、テストピースの印刷は完了しました
  • 思っていたよりも、綺麗で感動です

マシニングマスター「かずばん」のインダストリー4.0への挑戦

こんにちは、かずばんです。

この度、セイゾウネットのブログで「マシニングマスター かずばん のインダストリー4.0への挑戦」として記事を書くことになりました。
マシニングマスターというのは恥ずかしいですが、簡単に私の経歴を紹介させていただきます。

なんだか履歴書みたいになってしまいました(笑)

今年2月で定年退職を迎えた現在は、プレス金型を制作してる会社に再雇用で働いています。

勤続約37年、ほとんど、CAM関連の業務に携わりCAMデータ供給や、社内のNC工作機械新規設備の導入検討、立上げなどが主な業務内容になります。

使用してきた、CAMは、昔の自動プロから始まり20年ほど前に3Dに移行後、GRADE(日立造船情報システム)、Space-E(NTTデータエンジニアリングシステムズ)HyperMILL(OPEN MIND) を使用していました。

社内での立上げなどで携わったNC工作機械は、国内製では、マキノ、オークマ、OKK、安田、ソディック、ナガセ、ワイダなど、海外製では、Hauser、Moore、Hermle 、Roeders などです

立上げ業務では操作指導の他、効率化や自動化などの支援ソフトも開発してきました。
主に使用する言語は、NC言語系ではカスタムマクロや制御器専用の言語や、プログラミング言語は C++Builder を使用しています

定年で再雇用になり、今後さらに自由時間は増えてくると予想しており、ボケ防止と今後の暇つぶしにと思い、初めて3Dプリンタ(FLASHFORGE Finder)を購入して自分で作ったモデルを出力して自宅で遊んでいます。

今後は、このブログで3Dプリンターを使って作ったものの紹介や、IoTやAIなどの新たな挑戦、今まで業務で培ってきた知識などをご紹介していきたいと思います!