つれづれデジカメ日記

ジェットエンジンの部品が3Dプリントされる
ジェットエンジンの排気量は世界のCO2排出量の3％に該当するといわれている。特に近代に入って空の旅が増加している。さらには大手航空会社以外に最近では格安航空会社が参入することでより低価格で旅行ができるようになっている。

年々空の旅が増加することによってジェットエンジンの排気量が大気に与える影響力は増加してきている。二酸化炭素排出に対する対応策として従来の燃料とは違うバイオ燃料のような試みも行われているが最近では3Dプリント技術がCO2排出に効果があるといわれ研究がはじまっている。

ジェットエンジンの製造はCFMインターナショナルが世界最大だ。CFMインターナショナルはGE・アビエーションとフランスのスネクマのジョイントベンチャーで、ジェットエンジンの個々の部品の材料を再考し、3Dプリントを活用することでガスの排出量を減らす研究を開始している。この新しいエンジンはLEAPエンジンといわれ研究開発が行われており、エンジンの高温に耐えられなおかつ、温室ガスの窒素酸化物の生成を防止する金属製ノズルを3Dプリントできるようにするとのことだ。

新素材の採用でCO2排出量15％削減、100万ドルの節約効果
またこのLEAPエンジンの最大の特徴はGEが開発した新セラミック複合材料だ。ジェットエンジンに通常装備される標準のニッケルベースの部品はジェットエンジンが推進する際に発する高温に耐えることができない。そのため溶融しないようにエンジン内の空気を冷却する必要がある。

しかしGEが開発した新セラミック複合材料をニッケルベースの部品の変わりに使用すれば冷却するためのエネルギーを使用する必要はない。そうすることでジェット機がより効率的に燃料を燃焼し、さらに廃棄物の削減をすることができる。

LEAPエンジンはこうした効率的な仕組みを組み合わせた新ジェットエンジンで、従来のジェットエンジンに比べてガソリンの消費量を抑えることが可能だ。具体的には現行モデルよりも燃料消費量が15％少ない設計がされており、航空会社は年間で100万ドルの節約につながってくる。LEAPエンジンはまだ開発中で生産には至っていないが、既に大手航空機メーカー、ボーイング、エアバス、中国の会社COMACなどはすでに新しいエンジンの発注を行っているとのこと。

まとめ
3Dプリンターによる部品製造は航空宇宙産業分野において使用が盛んにおこなわれている。航空宇宙産業における3Dプリントの利用はエアバスの製造を手掛けるEADS社においても行われている。EADS社もパーツ製造の分野において3Dプリンターを利用しており、従来品から3Dプリントできる部品に変更する際の基準としてCO2排出量というのが一つの大きなキーワードだ。

EADS社は9つのプロセスを経て従来品を3Dプリント製品に切り替えており従来品に比べコストを75％、CO2削減を40％まで落とし込むことを可能にしている。今回のジェットエンジンについて3Dプリント部品の採用を可能にしたのは素材の多様性だ。

3Dプリントの素材はもともとは石膏や樹脂がほとんどで、試作品を製造することが目的であったが、金属3Dプリンターでは、最終品を直接作ることができる技術として注目が集まっている。また、ゴム、木材、食品など様々な素材が研究されている。3Dプリント可能な素材はNASAや各研究機関などで研究開発がなされているが。

例えば画期的な素材の例として挙げられるのがグラフェンだ。グラフェンは世界で最も薄く、世界で最も固く、熱伝導性に優れた新素材で、タッチパネルやLEDの分野での使用が期待されている。このグラフェンも素材の研究と同時に3Dプリンターで製造できるようにするための研究を行っているという。新たなジェットエンジンに使用されるGEが開発した新セラミック材料なども3Dプリントするための研究が行われているかもしれない。

今後さまざまな素材が3Dプリンターで利用できるようになれば、よりカスタマイズに対応すると同時に様々な産業分野での製品開発に新たな変革がおきると思われる。

-----------------------------------------------------------------------------
skysmotor.comはCNCステッピングモーターとBLDCモーターなどを販売している専門的なオンラインサプライヤーです。お客様に競争力のある価格、または効率的なサービスを提供しております。  

自動化設備を導入しようと考えていますが、設備構成をどのように考えたらよいかわかりません。ロボットにするのがよいのか、それとも専用機にするのがよいのか、あるいは人で対応するのがよいのかの判断は、どう決めればよいのでしょうか？

特定用途で作業量が多い場合は専用機、複雑な作業で変更が多い場合は人、その中間がロボット

　人にとって作業しやすい環境を整えるため、危険な作業や悪環境の作業などに専用機やロボットを使う。また専用機やロボットは、決められた作業を決められた時間内で正確に繰り返す能力を持っているので、そういった仕事でも活躍する。したがって、プレス、溶接、塗装の工程では専用機やロボットが多い。組立や検査などの複雑な判断がいる作業やカンやコツのいる仕事は人が中心に行っている。このように、ロボット、専用機、人それぞれの長所を活かすことで、高品質の製品を作り上げることができる（図１）。

　では、専用機とロボットの違いは何かを記す。

・ロボットは、多品種対応で、汎用性が高い。専用機は、複雑な機械構成になりやすく段取り替えも多くなってしまう

・ロボットは、新品種対応や他作業転用が容易。専用機は、新設計、製作部品が多い

・ロボットは、システム立ち上げが早い

　しかし、必ずしも自動化にロボットが必要というわけではない。ロボットは非常に汎用性が高いが、場合によってはオーバースペックになってしまう。そのため作業内容が、ロボット、専用機、人のいずれが向いているかを、よく検討する必要がある。

ロボットに向く作業
　ロボットは専用機に比べるとパワーやスピード、精度で劣る場合もあるが、多くは専用機より低価格で導入が可能であり、耐久性や信頼性も高く、作業変更への対応も一定程度可能である。さらに、ロボットは加工条件や溶接条件を含むティーチングデータを蓄積することができるので、他のロボットへの２次利用が可能になる点が人手よりも優れている。

　向いている（費用対効果が高い） 作業の観点からも、ロボットは、人と専用機の中間に位置づけられる。ロボットは、ある程度の変更には柔軟に対応し、繰返しや大量の作業にも対応できる。ロボットが得意とする領域を正確に見定めることができれば、大きな成果を上げることが期待できる。

専用機に向く作業
　専用機は、画一的で単純な繰返し作業や大量作業に向いている。作業量が継続的に一定規模以上あり、初期投資回収の見込みが十分である場合には、専用機のほうが費用対効果の高い場合が多い。

　特定用途に特化させることで、パワー、スピード、精度など高い性能を追求できるが、一般に特注品となるため、高額であり、スペースも取り、作業変更への対応が難しい。そして、専用機は自由度が少ないため、調整に時間を多く費やしてしまう。

人に向く作業
　人は柔軟さが持ち味なので、複雑な作業や作業変更にも柔軟に対応できるが、ランニングコストがかかり、過酷な作業は厳しい。また、人手不足を背景として新規採用は難しい一方で、人員削減が必要になった場合も人員調整が容易ではない。

適応判断の具体的な手段
　それでは、適応を判断するための具体的な手段を考えてみる。

　ロボットに何をさせるのか。自社におけるロボットの役割を正確に見定めることが重要である。的確な役割を与えて使いこなせば、大きな成果を上げることが期待できる。そのためには、人や専用機とロボットの違いを知る必要がある。もちろん、業種や業態、製品品目の違いによって、ロボットに何をさせるかは異なるが、ロボットが得意なことを見つけることが重要である。

（１）特定用途で作業量が多い場合は、専用機が向いている。
　ただし、作業量が多くとも、作業の複雑さや変動の度合いによっては、段取り替えや調整作業に時間がかかるため、ロボットの活用が専用機以上の費用対効果を生む場合がある。

（２）複雑な作業で、作業変更が多い場合は人手作業が向いている。
　品種が毎回変わるような組立工程、柔軟物を含む高度な組立工程などは、ロボット化による費用対効果が十分に得られない場合が多い。しかし、たとえ作業が複雑であっても、ロボット技術をうまく導入することで、自動化あるいは作業の簡易化（省力化・省スキル化）が実現できる場合がある。たとえば、作業内容があまり頻繁に変わる場合には、人の作業習熟が追いつかず、ロボット化のメリットが出てくる場合がある。

　このように、自社の事情に合わせて大きな成果を上げるためには、十分な検討が必要である。

　ロボットは、据え付ければすぐに使えるという機械ではないので、ロボット導入の効果を高めるためには、ロボットに任せることが有効な作業の洗い出しを行うロボットメーカーやロボット導入を支援する専門事業者（ロボットシステムインテグレーター）に、自社のニーズを正確に理解させて協力してもらうことも有効である。

---------------------------------------------------------------------------------------
skysmotor.comはステッピングモータブレーキとCNCステッピングモーターなどを販売している専門的なオンラインサプライヤーです。お客様に競争力のある価格、または効率的なサービスを提供しております。  

小型ステッピングモータ
小型ステッピングモータはエンジニアが特定のアプリケーションでの動作制御要件を満たすために望む柔軟性を提供します。 多様な直径と長さがキャンスタック型およびディスクマグネット 型ステッピングモータ の両方に提供され、必要なトルクと速度を満たす幅広いオプションが可能になります。 磁石と巻線を含むカスタマイズオプションにより、アプリケーション内で利用可能な機械スペースの中でステッピングモータの出力をさらに最適化できます。

小型ステッピングモータは、電気パルスを個別機械運動に変換する電気機械装置で、パルス列入力を介してマイクロプロセッサから直接操作することができます。 ステッピングモータのシャフトは、適切なシーケンスの電気指令パルスが加えられると個別のステップ角の増分で回転します。 モータの回転はこれらの加えられる入力パルスにいくつかの点で直接関連します。 入力されたパルスのシーケンスは、モータシャフトの回転方向と直接関係しています。 シャフト回転の速度は入力パルスの周波数と、回転の長さは加えられる入力パルス数と直接関連します。 ステップ整合性がある限り、誤差は累積されません。 キャンスタック型モータのステップ角は、通常3.6°から18°（または回転当たり100ステップから回転当たり20ステップ）です。

キャンスタック型 モータ
キャンスタック型モータ技術は、シンプルさに焦点を合わせています。 小型ステッピングモータは、最もシンプルな技術および設計を使用し、妥当な精度、および中程度のトルクが要求される多くのアプリケーションにおいて効果的なソリューションとなっています。 ポルテスキャップのステッピングモータの歴史は、 キャンスタック型ステッピングモータの発明から始まりました。 これは、ポルテスキャップが永久磁石製品シリーズにおいて15 mmから60 mmの範囲で、今日の産業における幅広い範囲のモータを提供する理由となっています。 キャンスタック型モータは、通常は構造が二相で、巻線の周囲にクローポール型極歯のついた2つのステータカップで構成され、それぞれがモータの半分を作ります。 ロータは、ステータと同じ数の極対を有します。 各ステータカップの極は、磁極ピッチを半分にする構造となっています。 コイルが2つあることで、磁極ピッチ当たり4つの個別位置があることになります。 例えば、各ステータ/コイルセクターに12個の極対を持つ二相モータは、回転当たり48ステップ、またはステップ当たり7.5°となります。

----------------------------------------------------------------
skysmotor.comはバイポーラステッピングモータとリニアステッピングモータなどを販売している専門的なオンラインサプライヤーです。お客様に競争力のある価格、または効率的なサービスを提供しております。