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用途を重視:治具と固定具

製造、製品開発、メンテナンスでは、組み立てたり修理したりする製品に既製の工具を使用できない場合が多くあります。カスタムの治具と固定具は、工具をガイドしたり、オブジェクトを所定の位置に保持したりするなど、オペレータが正確で再現可能な作業を確実に行うのに役立ちます。ペースの速い製造の現場では、この効率がビジネスの収益に大きな違いをもたらす可能性があります。

カスタム治具と固定具のメリット

治具や固定具は、製造業界にとって多くのメリットがあり、製品に対する作業を容易にしたり、スピードアップしたり、あるいは不可能を可能にしたりできます。また、作業を従業員が実行しやすいようにすることで、人間工学的なメリットも得られます。

カスタムの治具や固定具は、調整ができるような設計にすることで、さまざまなアイテムを扱うことができます。または、特定の部品用に設計することもできます。

3Dプリントされた治具と固定具

治具や固定具の作成は、従来の製作方法では時間とコストがかかることがあります。すべての企業がCNC加工ができるワークショップを保有しているわけではなく、アウトソーシングすると数週間を要し、費用も高く、設計の反復が長々と続くプロセスになります。

3Dプリントされた工具は、一般的に製作にかかる費用は約10ドルですが、従来の方法では、同じ部品に対して費用が優に1,000ドルを超えることもあります。3Dプリンティングを使用すると、数時間のうちに最初の成果物が得られ、設計を直接検証できます。

多くのエンジニアが知っているように、設計は決して最初から正しい設計にはなりません。そのため、部品を素早くプリントできれば、最適な設計に近づけるための設計の繰り返しを迅速かつ効率的に行うことができます。工具設計の完成以降は、その工具は簡単に交換部品をプリントできますし、世界中の他の場所にその工具の設計を共有したりできます。部品が必要な場所がどこであっても、3Dプリンターを使用すると、適切な工具を即座に作成でき、長いリードタイムを我慢する必要もありません。

治具と固定具の成果の例

ここでは、3Dプリントされた治具と固定具によって時間と費用を節約し、ユーザーの作業を容易にすることができた4つの例を紹介します。

Ultimaker-Ford-tooling
Ford – カーエンブレム治具
Volkswagen – wheel assembly tool
Volkswagen Autoeuropa – wheel assembly tool

Ford – カーエンブレム治具(上)

ケルンにあるFord社のパイロットプラントで働くエンジニアは、車の後部に引っ掛けることができる工具を開発しました。この治具により、車のバッジやエンブレムを後部に素早く配置でき、ずれが少なくなりました。この工具はTough PLAでプリントされました。強度はABSと同程度ですが、車体を傷つけない柔らかい材料です。工具に追加された穴には、正しい位置に固定しやすくするための磁石が入っています。Ultimaker S5で2つの部品に分けてプリントして、後処理で接着しています。

Volkswagen Autoeuropa – ホイール組立工具(下)

ポルトガルのVolkswagen Autoeuropa社のエンジニアは、ホイールガンをホイールにガイドするこのホイールガン治具を作成しました。3Dプリントされた別の治具と組み合わせて、ホイールのリムを傷つけることなく、5個のナットすべてを一度に締め付けます。短い赤いチューブでロックナットをガイドします。治具は複数の部品でプリントされ、損傷した場合は簡単かつ迅速に交換できます。この方法により、エンジニアはモデル全体を再プリントせずに済み、時間と材料を節約できます。この工具には極端な力がかからないため、PLAという材料が使われています。

eBike manufacturing – Bicycle pedal assembly fixture
eBike製造 – 自転車ペダル組立固定具
Ultimaker – スライドブロック固定具
Ultimaker – スライドブロック固定具

eBike製造 – 自転車ペダル組立固定具(上)

実際のナットは非常に手が届きにくく、ペダルを自転車に取り付けるのは時間のかかる作業です。従来の方法であれば、従業員はレンチを使用してペダルを手動で締めなければなりません。この3Dプリントされた工具はペダルの周りに完璧にフィットし、ナットにはまります。ドリルに取り付けると、ペダルを数秒で取り付けることができます。このような工具は、通常はポリカーボネートからプリントされます。これはポリカーボネートが非常に強くて硬いためです。

Ultimaker – スライドブロック固定具(下)

Ultimakerでは、自分たちが提唱していることを実践しています。Ultimakerの製造施設の多くの工具、治具、固定具は、組立ラインのワークフローを最適化するために、当社の3Dプリンターでプリントされています。Ultimaker 3Dプリンターの主軸は、スライドブロックを介してモーターに接続されています。このカスタム設計の加圧固定具は、スライドブロックの組み立てに役立ちます。下部ケーシングを3Dプリントされた固定具に置き、ベルトを挿入して、3Dプリントされたプレス工具でスライドブロックの反対側を所定の位置に押し込みます。工具は、強度を極限まで高めるためにXSTRAND™ GF30 PA6(30%ガラス繊維配合のナイロン)からプリントされ、スライドブロックに損傷を与えないように、柔軟で柔らかい材料であるUltimaker TPU 95Aを組み合わせています。

適切な材料の使用

工場で使用される治具や固定具は、高い応力や温度への耐性が必要になる場合があります。そのため、治具や固定具に適切な材料を使用することが不可欠です。Ultimakerは、産業グレードの材料を幅広く提供しています。オープンフィラメントシステムは、さまざまなブランドが提供するあらゆる材料でのプリントを可能にしています。これら材料には、さまざまな産業用プラスチックや、炭素、スチール、ガラス繊維強化フィラメントがあります。こうした強度、靱性、耐熱性、柔軟性、または硬度を備えた材料は増え続けており、必要に応じて使うことができます。さらには、ニーズに合った適切な特性を持つカスタム設計のフィラメントを使用することもできます。

Ultimaker's open filament system

材料とデュアルノズルの組み合わせ

当社のデュアルノズル式プリンターの最も大きなメリットの1つは、さまざまな材料の組み合わせが可能なことです。当社のお客様の多くは、強度のあるUltimaker Tough PLAなどの材料を使用し、柔軟なTPU 95Aと組み合わせることで、グリップを追加し、成果物が傷付かないようにしています。

もう1つの大きなメリットは、2色使いです。部品の外側に異なる色を使用すれば、部品が摩耗して交換が必要な状態になると、内側の色が見えるようになります。

3Dプリントされた治具と固定具の詳細

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