【3Dプリンタパーツ試作サービス】Niryo NED の脚パーツを3Dプリンタで再現！

研究開発者向け海外製品調達・コンサルテーションサービス「ユニポス」では、お客さまから「修理パーツを入手したい」「用途に合わせた専用パーツが欲しい」といったご相談をいただくことがございます。

弊社ではこうしたご要望に対応するため新たに3Dプリンタを導入しました。
今回は3Dプリンタの試運転をかねて、弊社で経年変化で破損したロボットアームの脚パーツを3Dプリンタを使用して再現した様子をご紹介します。

事例：経年劣化によるパーツ破損

弊社では検証用に卓上ロボットアームNiryo NEDを所有しております。
ロボットアームは小型でも動作時には慣性力、遠心力が生じるため、脚回りがガタガタした状態では使用することができません。
しかし導入から約3年が経過し、底面の脚のパーツ4個のうち2個が経年変化により損傷していました。

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脚さえ直れば使えるのに！

アーム本体の動作に不具合はなく、脚さえ直れば使用を再開できる状態です。果たして修理は可能でしょうか？

まずは壊れた脚パーツを観察します。
黒い樹脂素材の表面に水平の層が確認でき、3Dプリンタで成形されているようです。
また破損したパーツは4個中2個なので、正常なパーツから3Dデータが作成できます。

そこで今回は新たに導入した3Dプリンタで、交換用の脚パーツを作ることにしました。

壊れたパーツを再現してみよう！

正常な脚パーツの特徴を確認し、3Dプリンタで再現します。

破損した脚の特徴

• 材料：PLA (Poly-Lactic Acid) フィラメント
• 3Dプリンタのプリント設定：不明

用意したもの

• 3Dプリンタ (Snapmaker 2.0 Modular 3-in-1 3D Printer A350T)
• ノギス
• PLA フィラメント
• 比較用のフィラメント (ABS、PETG、炭素繊維PC、TPU)
• CAD ソフトウェア(Autodesk – Fusion 360)
• 3Dプリンタ接続用ソフト (Snapmaker Luban)

手順

1. NED 本体から破損した脚を取り外す
2. ドライヤーで熱しながら破損部分についたゴムを取り外し、ボルトやねじも外す
3. 正常な脚のパーツのサイズをノギスで測り、同等のサイズの3D CAD modelを作成
4. 3D printer’s splicing software (Snapmaker Luban) を用いて3D modelのG-codeを作成
   ※G-codeは機器の動作を制御するNCプログラムの一種
5. 作製したデータをもとにPrint
6. 手順2で取り外したゴムを両面テープで繋ぎ、ボルトやねじも戻す
7. 完成したパーツをNED本体に取り付ける

結果

作業時間は全体で約3時間、そのうち3Dプリンタでの印刷は2個で約80分でした。
完成品はオリジナルのパーツとほぼ見分けがつきませんでした。

純正パーツと再現パーツの比較

充填率

破損した脚の断面を確認しましたところ、空洞になっていました。
そこで印刷時は強度を高めるためにfill percentageを上げて空洞部分を減らました。
※今回は強度のテスト、比較は行っておりません

熱耐性

本体から脚パーツを取り外す際に、ドライヤーで温めてゴム部品の接着を緩めましたが、破損した脚パーツはドライヤーの熱で変形が発生しました。
どちらも材質は同じPLAですが、印刷したばかりのパーツでは同じ時間ドライヤーで熱を加えても変形は見られませんでした。

FDM3Dプリンタの材質のご紹介

今回はPLAを用いましたが、作るパーツの用途によりフィラメントの材質を変更できます。
参考のため別の材質でも同じパーツを作ってみました。

それぞれの材質の特徴は下記のとおりです（参考サイト）。

• PLA (Polylactic acid)
  5種類の中では最も印刷しやすい
  生分解性があり、高熱や応力で変形したり溶けたりする傾向があるため、屋外での使用には不適
• ABS (Acrylonitrile butadiene styrene)
  中程度の耐久性、耐衝撃性
• PETG (Polyethylene terephthalate, glycol modified)
  中程度の耐久性、強度
  PLAやABSよりも柔軟性がある
• Carbon Fiber PC (Carbon fiber reinforced polycarbonate)
  軽量で強度、柔軟性、耐久性、熱耐性があり工業部品に最適
• TPU (Thermoplastic polyurethane)
  非常に柔軟性があり、耐油性や耐摩耗性に優れる

まとめ

今回は、3Dプリンタを活用して脚パーツの代用品を作成しました。
ロボットアームの安定した動作には脚回りのパーツは必要不可欠！思いのほか満足のいく代替パーツを作成でき、これからもNEDを安心して使い続けることができます！
3Dプリンタの速さや手軽さもさることながら、3Dモデリングの正確性は試作品づくりにも有用と思われます。