Farason Corporation社の用途クローズアップ: クイックチェンジマウントプレート

Farason Corporation社は30年以上にわたり、カスタムオートメーションシステムとロボットシステムを設計しメーカー各社に納品しており、北米、アジア、南米、ヨーロッパに900台以上の機械を出荷しています。同社のチームは、顧客が直面する独自の課題に合わせて入念にカスタマイズされた唯一無二のソリューションを提供するという同社のコミットメントに則り、Markforgedの3Dプリンターを追加することで設計と生産の機会を拡大しました。同社は、Markforgedのテクノロジーを活用して、バキュームグリッパーのアームエンドツールソリューション用のカスタムクイックチェンジマウントプレートを作成しました。

搬送対象の包装品（シャンプーが詰められたボトル）は重く、形状が不規則で、ラインを高速移動するため、吊り上げ式搬送用として評価されている従来の既製梱包ソリューションでは重量が重すぎて、ロボットの可搬重量制限に合わず、目標のサイクルレートと移動距離を達成できませんでした。製品構成が多岐にわたるため、Onyx®でプリントされたクイックチェンジマウントプレートと連続カーボンファイバーカスタムEOATの取り外しと交換が必要でしたが、従来の（デルリン製カスタムフライス加工パーツ）は、満足のいく解決策ではありません。切り替えのたびに単一製品対応のソリューションを取り外して交換すると、生産スケジュールに悪影響を及ぼします。しかも、使用可能なロボットや搬送されるパッケージの変更に対応できるよう低価格で規模拡張することもできません。

Farason Corporation社のチームによると、カスタムのアームエンドツール（EOAT）が必要でしたが、従来の（デルリン製カスタムフライス加工パーツ）は、満足のいく解決策ではありません。 

• パーツは高価で、高いサイクルレートを実現するには依然として重すぎるかもしれません。
• 性能を最適化したEOATの場合、複数の軸の形状を実現するために、コストのかかるフライス加工の設定を複数回行う必要があります。結果として、社外で製造するとコストが増加し、リードタイムが長くなります。
• 重量をさらに段階的に削減すると軽量化できる可能性がありますが、パーツを酷使してスクラップが発生するリスクが高まり、さらなる遅延が生じる可能性があります。
• 1回限りのカスタムEOATを製造することは、オートメーションプラットフォームや製品パッケージの変更に対応するための規模拡張としては十分ではありません。

Farason Corporation社のR&Dサポートエンジニアを務めるRichard Cook氏は、他の機械コンポーネントと組み合わせて産業用3Dプリントの機能を活用し、カスタムクイックチェンジマウントプレートとレシーバープレートシステムを作成しました。これらのハイブリッドパーツによって、従来のバキュームグリッパーのアームエンドツール用クイックチェンジシステムのサイズ、重量、パーツ数が削減されました。さらに、これらのパーツには、信頼性の高いグリッパーコンポーネントも組み込まれています。結果的に軽量化されたEOATソリューションによって、26インチ（66 cm）を超える長尺の梱包品の搬送を含む、毎分80個というサイクルレートを達成しただけでなく、この生産能力の高いソリューションによって、製品側のレシーバープレートを交換する際にツールなしで切り替えできるようになったと、Richard Cook氏は強調します。

設計サポートエンジニアのChristian Weder氏は同社において、Markforgedの機器を使用した3Dプリントパーツの設計と製造をサポートする重要な役割を担っています。「このツールのベースに3Dプリントを選択して、本当に良かったです。アルミニウムの量を大幅に削減しつつ、機械パーツを組み込むことができました。高速搬送するには、このツールを軽量に保つことが極めて重要です」と、同氏は述べています。さらに、機械加工されたデルリンで製造された代替パーツでは、同じロボットの可搬重量目標の達成は見込めず、余分な材料をさらになくして機能を追加しようとすると、フライス加工パーツのスクラップが発生するリスクが生じ、顧客に納入するまでの時間が大幅に長くなると、同氏は説明します。

Farason Corporation社は、Markforged X7™産業用プリンターを使用し、Markforged Onyx®でパーツを製造しています。また、必要に応じて連続カーボンファイバーを追加して強化することで、長期的な実装や複数の切り替えサイクルに適したパーツを製造しています。同社は、プリントしないコンポーネントをCAD設計に追加するために必要な配線機能とマウント機能が組み込まれた複雑なパーツ形状を、適度な強度を持つマテリアルで実現することをMarkforgedに求めていました。これにより、従来のツールを使用して複数の軸の形状を削る際に必要だった多くのフライス加工設定が不要になります。同社は次に、ワッシャープレートやナットプレート、バキュームグリッパーコンポーネントといったシンプルな金属パーツをアセンブリに直接組み込み、重量要件を超えることなく、強化された機能的ツールを製造できました。 

同社のチームは、コストのかかる、従来の1回限りの製造工程を省くことで、進化するニーズに合わせてソリューションを規模拡張できました。設計の確認とテストを終えた同社は、製品に適合した一連のレシーバープレートを追加し、4台のロボットにこのソリューションを実装できました。レシーバープレートも3Dプリントすることで、クイックチェンジマウントプレートを納品して取り付けた後でも、顧客にさらなるオプションを追加できるようになりました。 

Richard Cook氏は、パーツへのテキスト印字、可動式ロックバレル用のスナップクランプ、一方向タブ、製品のレシーバーラベルの色見本用のくぼみといった、今回の設計に3Dプリントを採用したことによる他の利点についても指摘しています。こういった追加要素は、重量を増やさずに、ツール不要の切り替えプロセスを支援します。「3Dプリントのおかげで、ロボットが超高速に稼働し、可搬重量と慣性が制限内に収まりました」と、同氏は語っています。 

一方で、Richard Cook氏いわく、同社のチームにとって、Markforgedの機器へのコミットメントに関して最も重要な要素は、「一貫性」の一言に尽きるとのことです。「顧客が1年後に電話でもう1つパーツが必要だと言ってきたとしても、当社はそのパーツを製造できます」と、同氏は説明しています。「プリントされたパーツは、強度や表面仕上げが変化することなく適合し、顧客にとって課題となるような他の要素もありません。あらゆる合理的な手段を尽くしても、変化しません」


Markforgedの利点

• Farason Corporation社のチームは、Markforgedのソリューションは従来のCNCフライス加工アプローチにかかるコストの25%で済むと報告。
• パーツの削減: 必要な機械コンポーネントの数を合理化。
• より軽量で性能の高い3Dプリントアームエンドツールにより、サイクルレートを向上。
• 作成時間が数週間から数時間に短縮: 必要に応じて複数作成可能。
• オンデマンドでプリントすることで在庫コストを削減。