樹脂材料
樹脂材料は、最も一般的に使用される3Dプリンタの材料です。熱溶融積層方式では、ABSやPLA、ナイロンなどの熱を加えると柔らかくなる熱可塑性プラスチックが利用可能です。熱可塑性樹脂は、硬いものや柔らかいもの、強度が高いものや低いものなど様々な種類があり、用途に合わせて選択する必要があります。ただし、熱可塑性プラスチックの種類によって成形温度が異なるため、ご利用されている3Dプリンターの最大加熱温度を確認の上、材料を選定する必要があります。特に高い強度を発揮する、PEEL（ポリエーテルエーテルケトン）やPEI（ポリイミド）を使用したい場合、非常に高い温度（約400度）で成形する必要があるため、ご利用いただける製品が限られてきます。
光造形方式ではエポキシ系の光硬化型樹脂が利用可能です。様々な透明度やゴムのような材料など幅広い特性を備えています。ただし造形物は太陽光などの紫外線により劣化する可能性があるため保管状態に注意が必要です。
金属材料
金属材料は、主に産業用途で頻繁に使用される3Dプリンターの材料です。ステンレスなどの標準的な鋼材料や、銅などの非鉄金属、チタンなどの生体適応材料などが利用可能です。粉末焼結方式で造形することが一般的ですが、DDDJapan.comの提供するMarkforged社の製品を使用すれば、熱溶解積層方式で手軽に出力することも可能です。金属材料は、樹脂材料と比べてはるかに優れた耐熱性と強度を実現することが可能なため、高い性能が要求されるパーツの造形におすすめです。また銅などの熱伝導が優れた材料は、ヒートシンクのような放熱部品への活用も可能です。
複合材料
複合材料は、樹脂材料に強化剤と呼ばれる繊維質の材料を混ぜ合わせることで、軽量性と高強度を両立した材料です。複合材料は、熱溶融積層方式と相性の良い材料です。最も代表的な複合材料は、ナイロン樹脂に細かいカーボン繊維を複合した材料です。カーボン繊維とナイロン樹脂の複合材料フィラメントは、多くの製品が販売されており、一般的な熱溶融積層方式の3Dプリンターで利用可能です。軽量化で強度が必要なパーツの造形におすすめです。
さらに高い強度を有する複合材料として、連続繊維複合材料があげられます。カーボン繊維、アラミド繊維、あるいはガラス繊維などの連続繊維がナイロン樹脂などに複合された材料です。極めて高い強度を軽量のまま達成することが可能です。ただし、連続繊維複合材料を造形できる3Dプリンターの種類は非常に限られています。航空機、宇宙、自動車などの産業用途で軽量かつ高強度のパーツ造形におすすめです。
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インサート成形の自動化
プラスチック成形の取り出し工程では、生産性向上のためにロボットを利用することが多いです。
さらなる効率向上に向けて、プラスチック成形の際にワークを取り付け、インサート成形することがあるのですが、こちらは自動化の難易度が高いという問題点がありました。
そこで、多関節ロボットを使い位置決め精度をあげることで、インサート成形を自動化し、人件費の削減を実現しています。
成形品のバリ取り
プラスチックの成形では必ずバリが発生するので、バリ取りの工程が必要です。
しかしバリ取りの工程は自動化が難しく、作業者が取り除く必要があったためコストがかかっていました。
そこで、日本省力機械では、六軸の多関節ロボットを組み合わせ、刃を高速振動させて成形品の形状にあわせて移動させ、バリ取りの自動化を実現しました。
射出成形機からの取り出しと合わせてロボットを活用することで、バリ取りまでの工程を無人化できます。
トレー移送及び整列工程へのロボット導入
電子基板用コネクターの生産において、製造後にトレーに入れる工程があります。
従来は手作業でトレーに整列して入れていたのですが、急な増産に対応できない問題があり、また単純作業なので人為的ミスが発生してしまう問題がありました。
この工程に産業用ロボットを導入することで、これらの問題を解決し、生産量の調整と人件費削減、品質向上が実現しました。
ピッキング・ゲートカットへのロボット導入
プラスチック製品の工場では、成形後にゲートカットを行う工程があります。
このゲートカットは人力で行っていましたが、24時間操業するための人員が不足しつつあり、操業率が下がってしまう問題がありました。
そこで、成形後の工程にロボットを導入することで、カメラで製品の輪郭を認識し、ゲートカットの自動化を実現しました。
またゲートカット後の製品をピッキングし、製品ストッカーに入れるまでを自動化し、人員の削減も実現しています。
大型発泡スチロール切削のロボット導入
大型発泡スチロールを使った3D造形を行う企業では、3DCADのデータをもとに切削を行い、立体的な造形を作っています。
ただ、従来の3軸や4軸の産業用ロボットでは複雑な造形が難しく、部品を分けて自動切削し、人が仕上げと組立を行う必要がありました。
そこで、多関節ロボットを導入することで、大型の発泡スチロールを丸ごと切削し、造形を完成できるようになりました。
切除用の3DCADデータの作成には時間がかかるようになりましたが、その分メンテナンス時間が減少し、制作効率が増加しています。
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輸送機器用ギヤ部品のバリ取り工程へのロボット導入
ギヤ製品のバリ取りはスキルやノウハウが必要で、熟練作業者に依存していましたが、作業ミスによる不良の発生が問題となっていました。
本事例ではパラレルリンクロボットに熟練作業者の動作を再現させ、高精度な操作によってさらなる品質向上を実現しています。
鍛造加工製品のピッキング・箱詰め工程へのロボット導入
プレス工程後、排出されたワークをピッキングし、箱詰めを行う工程では、作業者が屈む・立つ動作を繰り返す必要があり、またワークが高温でやけどの危険もあるため、作業者への負担が大きいことが問題となっていました。
本事例では、プレス工程後からパレタイズまでの工程にロボットを導入し、自動投入システムとあわせて、加工・箱詰め工程の完全無人化に成功しています。
作業者への負担軽減も実現し、24時間操業化による生産性の向上も達成しています。
自動車用部品の検査工程へのロボット導入
多数の部品で組み立てられている自動車部品の完成品検査は、形状が複雑で多方向からの視認検査が必要になるため、人の目による検査が必要でした。
しかし作業者のスキルや、疲労などの要因によって検査漏れが発生し、不具合が生じる懸念がありました。
本事例では、カメラ・力覚・レーザー変位センサーをロボットハンドに取り付けることで、人の目に代わる検査システムを構築、自動化を行っています。
1人の省人化に成功し、品質も安定、作業者の重量作業もなくすことに成功しました。
小物板金部品のスポット溶接・ナット組付工程へのロボット導入
小物部品のスポット溶接は、定置スポット溶接機を使用し手作業で溶接していたが、工程が複雑で数が多いため、多大な工数がかかってしまう問題がありました。
本事例では、多関節ロボットに小型の溶接ガンを持たせ、部品取り付けの一部とスポット溶接を自動化しています。
自動化により6倍の生産性向上と30%の人件費削減、専有面積の30%低減を実現しました。
自動車用部品の軸振れ・寸法測定工程へのロボット導入
自動車部品の切削後、品質保証のために全数検査を行っていたが、検査に時間がとられるため生産効率が課題になっていました。
本事例では、切削の完成品をロボットにより自動でとりだし、軸振れ・寸法を測定するロボットを導入し、省人化を実現しています。
検査時間は作業者より時間がかかるものの、工程全体としては労働生産性が2倍に向上しています。
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協調ロボットも協働ロボットもいずれも安全性が高く、人と共に作業ができるロボットを指します。特に使い分ける必要はありませんが、厳密に言葉の意味を探れば違いがないわけではありません。
協調ロボット
「協調」とは互いに協力し合うことです。特に立場が違う者同士が協力し合うことを指すことが多いので、人間とロボットという異なる立場の者が協力することを強調するときには「協調ロボット」という言葉が使われることがあるでしょう。
例えば、ある工場ではネジ締めやパーツを用意する作業はロボットが担当し、製品が完成する前に人間が手作業で紋章を入れるとします。ロボットと人間は異なる作業を担当しますが、作業全体の流れで見れば協力し合い、お互いが持つスキルを合わせることで製品が完成しています。この場合は「協調」していると考えられるので、ロボットに関しては「協調ロボット」と呼ぶことができるでしょう。
協働ロボット
「協働」とは同じ目的のために一緒に働くことです。対等な立場で働くことを指すことが多いので、人間とロボットが同じ目的（製造や検品等）のために一緒に働いているということを強調するときには「協働ロボット」という言葉が使われることがあるでしょう。
ある工場では、同じ作業レーンの中に、安全性を確保するための距離を保ちながら人間とロボットが一緒に働いているとします。例えば組み立ての工程において、重いパーツやケガをする恐れがある鋭利なパーツについてはロボットが組み立て、軽量かつ取り扱いしやすいパーツは人が組み立てているとしましょう。ロボットも人間も同じ「組み立て」という目的のために一緒に働いている、つまり「協働」していると考えられるので、ロボットに関しては「協働ロボット」と呼ぶことができるでしょう。
人間協調型ロボット
「人間協調型ロボット」という言葉には、人間と対等な立場で働くロボットという意味があります。そのため、協調ロボットというよりは、協働ロボットと同じ意味で使われることが一般的です。
しかし、人間協調型ロボットという言葉には、人間が主体であり、ロボットは人間に追随するニュアンスがあります。人間とロボットを同等に扱うニュアンスを表現したいときは、協働ロボットという言葉のほうが適切といえるでしょう。
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鋳造・ダイカストにおける、注湯、金型の清掃、取り出し
垂直多関節ロボットの導入により、金型の清掃、容器のハンドリング、冷却を自動化し、鋳造品の低コスト化を図ることが可能です。
また、産業用ロボットは大量生産を前提に導入されるため、多品種小ロットの部品の生産においてはメリットが得られないと考えられがちです。
しかし、ハンドリングが容易な工程のみであれば、部品の取り出し、金型へのセット等の工程で、水平多関節ロボット（スカラロボット）を利用し、効率化を図ることが可能です。
部品加工後のバリ取り、表面研磨
同様に、垂直多関節ロボットの導入により、バリ取りや表面研磨を自動化することが出来ます。これにより、完全自動化や作業員の人数削減が可能です。
また、金属の凝固時の収縮の影響を除くために用いられる押し湯を、リターン材として活用する場合、垂直多関節ロボットの導入によって省エネルギーを達成できる場合があります。
部品加工後の検査、清浄、梱包
多関節ロボットにより、ダイカスト鋳造品の全数検査を行うことが可能です。例えば、ロボットにより製品を所定の向きにそろえ、様々な確度からカメラと画像処理技術による外観検査ができます。
また、電装製品へ取りつけられる部品は異形製品であるため、多くの場合従来人手での清浄が行われています。そこで、垂直多関節ロボットのハンドリング技術と画像処理技術を利用することで、検査・清浄工程を自動化することが可能です。
パワーアシストスーツの利用も提案されていて、梱包作業の作業者にパワーアシストスーツを装着することで、腰痛予防の効果が期待できます。特定の繰り返し動作を行う場合に適合すると言われています。
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