軟質材料から硬質材料まで、ポリマー3Dプリンティングはどのようにして人型ロボットの大量生産を可能にするのか？

第2回ヒューマノイドロボット産業チェーンフォーラムが7月3日、深圳で盛況のうちに閉幕した。

会議では、iSUN3D（ブランド名「iSUN3D」）のゼネラルマネージャーである史道坤氏が講演を行った。柔軟性から剛性まで、検証から応用まで：ポリマー3Dプリンティングソリューションがロボット産業の持続可能な発展を後押しする彼の基調講演。

I. なぜ3Dプリンティングは「必須」の選択肢になりつつあるのか？

人型ロボット産業は引き続き活況を呈している。高分子材料と3Dプリンティング技術の組み合わせは、設計から製造までの効率性を向上させただけでなく、ロボットに新たな能力を直接的に付与することにも成功した。「軽量、高性能、インテリジェント、そしてユーザーフレンドリー」主な機能など

具体的には、ポリマー3Dプリンティングには以下の4つの大きな利点があります。

包括的な資料： 硬い骨格から柔軟な皮膚まで、あらゆるニーズを満たします。

構造上の自由度が高い： 複雑な生体模倣構造を容易に実現できる。

高速な反復速度： 型は不要です。修正や検証はいつでも可能です。

コスト削減： 試行錯誤や初期量産コストを大幅に削減する。

II. 人型ロボットにおける3Dプリンティング応用の探求

現在主流のポリマー3Dプリンティング技術としては、FDM、光固化、SLSこれらの技術は、ヒューマノイドロボットの研究開発および製造において幅広く応用されている。

1. FDM技術 – コスト効率が高く効率的

利点と特徴: 設備と材料の参入障壁が低い、全体的なコスト面で大きな優位性がある、従来のPLAを含む幅広い包括的な材料範囲、ABS素材TPUやPEBAシリーズの柔軟性材料、PA、PAカーボンファイバー、難燃性、帯電防止性などのエンジニアリング材料、およびPEEKなどの特殊材料はすべて、ロボット製造に使用できます。

主な用途：ロボットの外装、耐荷重構造部品、ギアボックス、人工筋肉。

2. 光重合技術 – 高精度かつ高性能

利点と特徴：優れた成形精度と卓越した表面品質。豊富な樹脂材料システムにより、大幅な改良と制御が可能。

主な用途：ソフトアクチュエータ、高精度エンドエフェクタ、バイオニックスキン、筋骨格系。

弾性樹脂＋生体模倣格子構造

弾性樹脂と生体模倣格子構造を組み合わせることで、光重合技術は、柔らかさと剛性を一体化した複雑な部品を印刷することが可能になります。例えば、生体模倣の手足の製造においては、高精度な多孔質骨格を内蔵するだけでなく、外部格子構造によって段階的な剛性を実現できるため、高い耐荷重性と人間のような柔らかな触感を両立させることができます。

手のひら部分：肌触りの特性を満たすため、より細かい格子構造を採用して柔らかさを向上させています。また、手のひらパッドのデザインコンセプトに基づき、仕切りのある格子構造を設けることで、「持ち上げる、押す、押さえる」といった動作のニーズに対応しています。

腕の内側の関節窩は主に圧力がかかり、頻繁な折り畳みと圧縮が必要となる。そのため、強度の低いX字型格子構造を選択することで、腕の柔軟性を高め、上腕部と前腕部の伸展性を向上させることができる。

上腕部と前腕部：上腕部と前腕部は、手を上げたり、物を持ち上げたり、物を支えたりする際に最も大きな力がかかるため、高い強度が求められます。そのため、非常に高強度な格子構造を採用し、高い弾性と高い引張強度を実現しています。

3. SLSテクノロジー – 支持構造なし、軽量、高強度

利点と特徴：粉末床が自己支持構造を提供し、複雑な空間構造に合わせて一体成形できる。ナイロンPA12やPEBAなどの工業用粉末を使用しており、優れた機械的特性と耐摩耗性を備えている。

主な用途：精密伝動構造、複雑なジョイント部品、およびボールジョイント。

III. 柔軟性から剛性へ – eSUN 3Dプリンティング材料フルマトリックスソリューション

ロボット産業の高性能で複雑な材料に対する需要に応えるため、eSUNは強力なポリマー材料研究開発プラットフォームを活用し、以下の製品を開発しました。「材料＋設備＋プロセス＋設計＋製造サービス」ワンストップソリューション。

1. UV硬化型樹脂溶液：従来の常識を覆し、強度と靭性を兼ね備える

eSUN社の栽培しやすい光硬化型樹脂製品は、硬度範囲が55Aから85Dまであり、柔軟性、洗浄性、一般的な剛性、高硬度・高靭性といったカテゴリーが含まれています。

高硬度・高靭性樹脂： 従来の樹脂が強度と靭性のバランスを取ることができないというボトルネックを打破し、電線を切断でき、耐衝撃性にも優れているため、工業製造分野で広く使用されている。

FlexOneシリーズの1液型弾性樹脂：混合不要、すぐに使用可能、活性化期間の制限なし。中でもFlexOne 55A弾性樹脂は、極めて高い破断伸度、高い弾力性、優れた曲げ抵抗性を備えています。同時に、皮膚感作性試験および皮膚刺激性試験にも合格しており、ヒューマノイドロボットの筋肉関節などの用途に最適です。

2. FDM 3Dプリンティングソリューション：超柔軟性から特殊エンジニアリングまで

eSUNは、汎用タイプ、強化タイプ、超高強度タイプ、軽量タイプ、帯電防止タイプ、難燃タイプなど、あらゆる種類のFDMケーブルを提供しています。

炭素繊維強化PA/ABS/PLAや工業用PEEKなどの高性能エンジニアリングワイヤーは、高強度、高剛性、耐熱性、耐衝撃性を備えているため、ロボットアーム、伝動ギア、耐荷重フレームなどに最適です。

柔軟なワイヤー（PEBA、TPUなど）：ロボットのソフトアクチュエータの要件を満たします。

*eSUNのFDM材料は、国内外の競技用ロボット、月面探査車、ロボット犬の設計に成功裏に適用されています。

3. エンドツーエンドのサービス：iSUN3Dの柔軟な製造ソリューション

超大型フォーマット高速光重合装置： 当社では、最大印刷高さ650mmの576×324mmの超大型DLPプリンターを提供しており、ロボットの胴体部分の統合印刷をわずか10時間で完了できます！

ラティスデザインプラットフォーム：

1) 複数の格子オプションが用意されており、調整も可能なので、より豊かなデザインの可能性が広がります。

2) 自動入力、モデル構造の迅速な分析、およびワンクリックでの格子ファイルの生成。

3) 構造応力／分布解析により、不連続な接続線／面の充填と迅速な欠陥修復が可能になります。

4) 外観データをインポートし、さまざまな応力領域で対象となる格子をすばやく埋めます。

eSUNは、軟質材料から硬質材料まで、材料研究とイノベーションを通じて3Dプリンティング技術の産業応用を促進することに尽力しています。業界企業、機器・ソフトウェアベンダー、大学・研究機関との緊密な連携を通じて、ヒューマノイドロボットの3Dプリンティング応用に関するエコシステムを共同で構築し、業界の急速かつ健全な発展を促進していきたいと考えています。