ちょっとすごい！ 2020年ドバイ万博でプルサの自動農場システムAFSから見る製造業の未来

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-12-7 07:44 に最後に編集されました。

はじめに: 2020年のドバイ万博では、3Dプリント技術がユニークな風景となりました。 3Dプリントされたダビデ像、3Dプリントされたコンクリートスタジアム、3Dプリントされたコンビニエンスストアはすでに観光客を驚かせています。さて、Prusa の 3D プリントされた自動化農場を見れば、さらに驚くかもしれません!
Prusaによれば、同社はプラハの本社でおそらく世界最大規模の3Dプリントファームを運営しているという。 600 台の 3D プリンターが 24 時間 365 日稼働し、新しい機械用のプラスチック部品を生産しています。農場というと、たいていの人はタイル張りの家や小屋が並んでいるところを思い浮かべます。しかし、これは 3D プリントされた農場です。
△AFS
Prusa は生産の自動化に取り組んでいたようだが、本当の変化は約 3 年前に起こった。彼らが2020年のドバイ万博でチェコ共和国を代表し、「次世代」テクノロジーを展示するよう招待されたのはその時でした。こうして、自動農場システム (AFS) が誕生しました。
Prusa Pro AFS – 自動農場システム<br /> ドバイエキスポで展示された AFS は、34 台の新しいオリジナル Prusa プリンターで構成されています。これらのマシンは Prusa の最新のオリジナル Prusa XL ではありませんが、CoreXY 構造を採用しており、特定の機能とテクノロジーを共有しています。 Prusa 氏は、これはプリントファームのスペースを効率的に利用するためだと説明しています。彼らは、ファーム全体をホットスワップ機能を備えたコンピュータサーバーラックのようなものと見なしているため、プリンターの修理が必要になったときは、プリンターをスライドさせて取り出し、新しいプリンターをその場所に置くだけで済みます。
△ドバイの農場は、34台の新しいCoreXY Original Prusa 3Dプリンターで構成されています。もちろん、これだけでは自動化とは言えません。そのため、Prusa はファーム全体を制御するための新しいソフトウェア Prusa Connect を開発しました。印刷ジョブが入ると、ジョブに最適なマシンを自動的に検出します (たとえば、印刷を終えたばかりでまだ完全に冷却されていないマシンであれば、動作温度に戻すのがより速く効率的になります)。
△ リサイクルエリアに 3D プリントされた雪の結晶。Prusa Connect は、すべての印刷ジョブ、統計、残り時間、その他の重要な設定とデータを追跡します。印刷が完了すると、ソフトウェアはロボットアームにプリントベッドを持ち上げて収集エリアに移動するように自動的に指示します。そこでモデルはベッドから分離され、収集ボックスに移されます。その後、プリントベッドはプリンターと同じ経路を通って送り返されます。
このソフトウェアをさらにテストするために、Prusa はソフトウェアのクローズドベータバージョンをリリースしました。関心のある方は、次のリンクからダウンロードできます: https://connect.prusa3d.com/。
パーソナライズされた大量生産への道
3Dプリントファームのコンセプトは、西安曲率デジタルテクノロジーによって初めて提案されました。同社は、クラウドに接続して複数のデバイスを一元的に制御し、3Dプリンターの効率的な運用を実現するOCEAN Farmと呼ばれるシステムを開発しました。この技術は、2015年10月に開催された第1回Ignite China Microsoft Technology Conferenceで発表され、「中国のスマート製造」のモデルとして広く報道されました。
△インターネットを介した集中管理により、異なるマシンで同じオブジェクトまたは異なるオブジェクトを印刷できます。
2017年、ストラタシスは、小ロット生産を実現する9台のデュアルノズルFDM（1つのノズルでサポート構造を印刷し、もう1つのノズルでモデル自体を印刷）で構成されたマトリックスプリンターを日本で展示しました。
△日本産業博覧会に展示されたストラタシスの3Dプリンターファーム。このタイプのキャビネットは、徐々に自動化されたプリンターグループシステムへと発展しており、特に2021年4月にモザイク製造がリリースしたアレイ自動化システムです。このキャビネットは 4 台のプリンターで構成されており、ロボットシステムを使用して印刷テーブルを自動的に取り外して交換します。ただし、キャビネットモデルのこの小さな「ファーム」は見た目は素晴らしいものの、柔軟性に欠けています。 3D プリントユニットの数は、ユーザーの好みに応じて任意に増減することはできません。
△アレイプリントテーブルの自動取り外しと交換偶然にも、樹脂3DプリンターメーカーのFormlabsも、2017年にForm 2 SLA 3Dプリンターとロボットアームを使用して、ロボットアームでビルドプレートと完成したパーツを移動させる自動プリントファームのコンセプトを実証しました。しかし、それ以降このシステムは廃止されたようで、同社が今後もこの方式で新製品をリリースする予定があるかどうかは不明だ。
△Formlabs Farm 2019年、BCN3Dは63台のデスクトップ独立型デュアルヘッドプリンターで構成される、真に大規模な3Dプリントファームを実演しました。そしてこれがPrusaのAFSの基本モデルになったようです。ドバイエキスポでは、来場者はタッチスクリーンタブレットを使用して会場内の 34 台のプリンターを制御し、ユニークな雪の結晶のデザインを選択して生成し、蛍光プラスチックに印刷しました。これらの雪の結晶は、展示中に動的に成長する彫刻として組み立てられます。
△BCN3Dの3Dプリントファーム、独立したデュアルヘッドプリントを備えたデスクトップマシン63台
独自の 3D 農場を構築するにはどうすればよいでしょうか?
3Dプリント農場という構想が生まれて5、6年が経ちますが、本格的な大規模建設計画を実現した農場はまだごくわずか。数百台の機械を備えた農場の設立に成功したのはPrusaだけだそうです。流行前は、3Dプリントファームシステムは、従来の製造組立ラインよりもまだ劣っていたかもしれません。しかし、現在を見ると、これがトレンドになっているようです。
△3Dプリントエコシステムの維持は最も簡単です。どんな3Dプリントシステムが「超高速」と宣伝されていても、印刷作業が完了するまでに数時間から数十時間待つ必要があります。これは大規模なバッチ製造にとって課題となります。大量生産を実現するために、3D プリントサービスプロバイダーまたは工場では、バッチ製造タスクを完了するために少なくとも数百台の 3D プリンターが必要です。したがって、OCEAN Farm、Prusa Connect、その他の自動化ソフトウェアシステム、およびそれらと組み合わせて使用できるロボットアームやロボットシステムなどの自動化システムは、現代および将来の 3D プリント工場にとって必須です。
△自動化農場システムでは、3Dプリンターを選択する際に、機械の互換性、信頼性、コスト、出力能力も考慮する必要があります。 Prusa が 600 台の 3D プリンターを同時に制御するという「偉業」を達成できた最大の要因は、そのオープンソース性です。スペースをより効率的に使用するために、Prusa は CoreXY 構造のプリンターを選択しました。これにより、ロボットアームが単一の印刷ユニットを配列内でより正確に配置できるようになります。さらに、市場には互換性のあるオープンソースの 3D プリンターモデルが多数ありますが、不要なトラブルを避けるために、異なるブランドやモデルのプリンターの数をできるだけ少なくすることで、再現性を高めることができます。 Antarctic Bear は、これが Formlabs が樹脂 3D プリンターアレイでこの操作をより完璧にする方法をまだ見つけ出せていない理由かもしれないと考えています。
△Next3Dファーム
2020年、Next3Dはエチオピアのアディスアベバに3Dプリントファームを開設し、地元の企業や観光客にさまざまなサービスを提供しています。例えば、観光地の建築模型、3Dモデリング、試作品や販促品のオンデマンド印刷など。この小さな農場には、Prusa i3 MK3S が 22 台、Creality CR-10 が 2 台、Creality CR-20 が 2 台、Anycubici3 Mega が 2 台、Creality Ender 3 が 2 台の合計 30 台のプリンターがあるようです。 Next3D社によると、設立初期段階のNext3D Farmはまだフル稼働には至っておらず、稼働マシンは平均10台だという。
製造業の未来は？
Prusa は、自動化された 3D プリントファームを、特に小ロット生産における製造業の未来と見ています。メンテナンスがほとんど必要なく、習得も簡単なため、農場管理ソフトウェアはほとんどの手動操作を完了し、コストを削減できます。機械加工やその他の減算技術と比較すると、3D プリントは環境の観点から廃棄物を削減します。さらに、現地で製造することで輸送コストもある程度削減できます。
△ 3D プリントされた雪の結晶このタイプの 3D プリント農場はまだ普及していませんが、Antarctic Bear はフィードバックに基づいて農場システムを宣伝できる場所もいくつか挙げています。

学校: 生徒は自分の興味や科目の要件に基づいてモデルをキューに送信でき、監督者はそれを確認してファームの印刷キューに送信することを承認できます。
大手エンジニアリング企業：研究開発の効率を向上できます。
メンテナンス会社：部品在庫を削減し、オンデマンド生産を実現します。
小規模スタジオ：社内での小ロット製造を可能にします。
自動化されたオンデマンド印刷サービスプロバイダー: オンライン注文、現地生産。

△雪の結晶の彫刻現在、世界中にはさまざまな仕様の小規模な3Dプリントファームがすでにかなり存在していますが、Prusaの目標はさらに大きいようです。ただ、疫病の影響で世界的な部品不足問題はまだ解消されていない。 PrusaPro AFS はまだ完全な実稼働環境で使用する準備が整っておらず、ローカルでのみ実行およびテストされています。しかし、Prusa は 2022 年に最初の製品バッチを顧客に提供する意向も表明しています。価格はまだ決まっていませんが、農場の規模によって変わります。より大規模な農場の場合、Prusa はプリンター 1 台あたり 3,000 ドル + サービス契約を目標としています。

参考：1. ドバイの製造業の未来：自動化された農場システムの初見
2. 展示について
3. プルサコネクト
4. PrusaのAFS公開から学んだこと
5. Prusa ResearchがPrusa Pro自動農場システムを発表
6. PRUSA PRO AFS - 自動農場システム: ドバイ EXPO 2020 で製造業の未来を紹介
7. フォームセルの紹介
8. 3Dプリンターファーム：立ち上げと運用方法
9. 複数の材料、複数のデバイス、自動化！ MOSAIC が FFF 3D プリントアレイシリーズを発売: アレイ、エレメント、パレット 3
10. 大量パーソナライズ製造の到来、ストラタシスが日本産業博覧会で3Dプリンターファームを発表
11. パーソナライズされたバッチ生産、3D プリントファームとは何ですか?
12. BCN3D Printingの3Dプリントファーム、独立したデュアルヘッドプリントを備えたデスクトップマシン63台
13. 3Dプリントされたダビデ像が2020年ドバイ万博で公開される
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16. Prusa Research、CoreXY構造と5つのプリントヘッドを備えた3DプリンターOriginalPrusa XLを発売、予約注文を開始