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3Dプリントで実験室の日常の課題を解決する方法

2020.08.03 更新

Artec Leo

ノルウェー最大の研究所チェーンの1つであるSINTEFNorlabは、環境測定、飲料水、微生物学的分析、化学分析、および材料試験を専門としています。
同社は1955年から事業を展開しており、現在、全国の13の研究所で110人のスタッフを雇用しています。

JørnRøssvollは、北極圏のすぐ下にある小さな町、Mo IRanaの本部で20年余り働いてきました。
彼の仕事には、走査型電子顕微鏡(SEM)での検査の実施、ITシステムおよびX線装置やSEMなどのさまざまな機器の稼働状態の維持が含まれます。彼の役割(および情熱)の一部として、Røssvoll氏は、作業操作をより迅速かつ容易にするための新しいツールとアプライアンスを発明したことで知られています。

これらの多様なプロジェクトには、以前は旋盤や金型を使用して作成した多くのカスタムパーツが必要でした。しかし、2016年に、彼はCAD設計を学び、作業をスピードアップするためにForm 2ステレオリソグラフィー(SLA)3Dプリンタを購入するように会社を説得しました。それ以来、彼は新しいForm 3でフリートを拡張し、2台のプリンターで2600を超えるパーツを使用して328の造形ジョブを作成しました。

Røssvoll氏が、研究所全体の日常の課題を解決する、本当に印象的なアプライアンスと複雑なカスタムアセンブリをどのように作成したかを学ぶために読んでください。

実験室で3Dプリンタを使用する理由

さまざまな機器や測定デバイスを維持し、特定のプロジェクトの要件に適合させるために、Røssvoll氏はカスタムパーツまたは交換パーツを必要とすることがよくあります。

「私たちはノルウェーの北部に位置しているので、すべてから遠く離れています。部品を見つけるのが難しい場合があります。特に実験室のビジネスでは、いくつかの特殊な部品を注文する必要がある場合、それらは腕と脚の費用がかかります。かつて、私たちはスレッド付きの小さなプラスチックコーンをいくつか購入する必要がありました。そのうちの15個は、1個あたり約100ドルでした。そして、「うーん、それはできる」と思ったので、造形してみたところ、使用している素材が約2.5ドルであることがわかりました」とRøssvoll氏は述べています。

このホルダーは作業者のポケットに取り付けられ、作業環境で炭化水素を測定する化学物質が入った鋼管を運びます。元のホルダーはしばしば紛失し、交換するのに費用がかかりました。3Dプリントされた交換部品の製造コストは1ドル未満です。

ほとんどの部品の造形には数時間しかかかりません。
部品を海外から発送する場合、税関を通過する必要があり、面倒な作業になる可能性があります。多くの場合、自分で作成する方が簡単で安価です。

「3Dプリントが登場する前は、旋盤で多くの部品製造を行うか、エポキシで部品を製造できるようにシリコーンで型を作成する必要がありました。これには時間がかかったので、適切なSLAプリンタが手頃な価格になったとき、私はすぐに上司からForm 2を入手するための承認を得ました。主な理由は、SLA法で等方性部品が作成されるため、すべての方向で同じ特性を持っているからです」とRøssvoll氏は述べています。

「会社との契約が非常に大きく、納期までにすべての機器を準備して発送しなければならなかったため、短時間で多くの部品を造形しなければならなかったシリーズがいくつかありました。必要な部分をすべて造形する時間があまりなかったので、Form 2しか持っていなかったとき、夜の2時にいくつかの部分を選んで新しいセッションを開始しなければならないことがありました。そのため、生産量を2倍にするために、Form 3を入手しました。」とRøssvoll氏は述べています。

Røssvoll氏のオフィスには、Form 2とForm 3の2つのSLA 3Dプリンタがあります。彼は、100を超えるさまざまなプロジェクトで2600を超えるパーツを造形しています。

「エラーがほとんど発生せず、出力に一貫性があるため、私はそれらが本当に好きです。彼らは本当に、本当に良いです。プリンタが1〜2週間休むこともありますが、その後何かが起こり、ほぼ24時間年中無休で1〜2週間稼働します。」とRøssvoll氏は述べています。

 

SINTEF NorlabLaboratoriesでのアプリケーションと発明

SINTEF Norlabの13の研究所の同僚は、解決すべきいくつかの課題があるときにRøssvoll氏のところにやって来ます。彼が何年にもわたって作成した最も興味深く革新的なツールのいくつかの概要をご覧ください。

 

コルクとプレートの組立機

SINTEF Norlabのオスロ研究所では、アナリストは、針を挿入できるプレートが中央にあるプラスチック製のソーダコルクを必要とするテストを実施しています。会社がこれらの部品を購入すると、コルクとプレートの袋が別々に届き、アナリストは使用前に親指を使ってプレートをコルクに押し込む必要があります。場合によっては何千ものコルクを組み立てなければならないことは、非効率的であるだけでなく、親指に痛みを引き起こします。

 

 

ラボのRøssvoll氏の同僚の1人が、このプロセスを簡単にする何かを作成できるかどうか尋ねました。
彼はFusion 360でデバイスの設計を開始しました。
このデバイスは、数か月かけてコンパクトでありながら、テーブルに収まる非常に複雑なミニチュア組立機に進化しました。これは、3Dプリントされたパーツの配列と、古い解体されたインクジェットプリンタのシートフィーダーから回収された一方向ベアリングでさえ構成されています。

「一方向ベアリングを使用することで、ハンドルの前後の動きを円運動に変換できることがわかりました。一方のベアリングは一方の方向に動きを停止し、もう一方のベアリングはもう一方の方向に停止します。ですから、私が作った2つの車輪は、一方向にしか回転できません」とRøssvoll氏は述べています。

「プレートは穴に落ちるはずですが、通り抜けてはいけません。そこで、底に小さなタブを作って、穴を通り抜けないようにしました。しかし、それらは柔軟性があるので、ピストンに出会うと、押し込まれてコルクに入れられます。また、2つの車輪を正確な正しい位置で停止させるために、鋼球を溝に押し込んで車軸の周りに溝を作りました」とRøssvoll氏は述べています。

「時間がかかり、当初思っていたよりもかなり大きくなりましたが、とても満足していて、今では数ヶ月使っています。彼らはそれがとても楽しい操作だと言っています」とRøssvoll氏は言いました。

 

パイプを洗浄するためのフラッシングツール

ラボのクライアントの中には、酸性度のバランスをとるために、砕いた石灰岩を川や湖に追加する必要がある人もいます。新しいタイプの石灰岩が使用されているときはいつでも、彼らは異なる深さでのpHレベルを評価するためにテストを実施しなければなりません。
このタイプの分析のために、Røssvoll氏は、69リットルの水を収容できる直径約20センチメートル、高さ2.5メートルの5本の巨大なパイプのセットを作成しました。テストは、水柱のさまざまな深さからサンプルを取得することによって行われます。

 

 

試験が終了すると、ポリカーボネートパイプの内側に石灰石の残留物が付着し、スケールが見えにくくなります。
パイプは非常に高く、天井の下にはあまりスペースがないため、パイプの内側をブラシで掃除するのは非常に複雑になるため、Røssvoll氏はプロセスを簡素化できるツールを設計しました。

水がツールの内側と回転端を通って流れ落ちる間、フィンはデバイスをチューブの中心に保ち、チューブの内側を掃除します。

「水ホースを水出口に接続するだけで、フィンがパイプの中央に保持します。水が流れ始めると、端が回転し、パイプの内側をきれいな水で洗い流します。トリッキーな部分は、ボールベアリングを機能させると同時にセンターに水を入れる方法でした。少し考えましたが、3Dプリントですべてができるようになれば、本当にすべてができるようになります。それは完璧に機能します」とRøssvoll氏は言いました。

 

ツイストアンドロックアンプルとエアフィルターホルダー

SINTEF Norlabのチームは、さまざまな汚染物質について空気をテストすることがよくあります。
これらのテストの1つでは、空気が最初にフィルターを通過し、次に炭化水素の存在に反応する化学物質で満たされた小さなガラスアンプルを通過する必要があります。

これらの化学物質は、測定中に太陽からの紫外線にさらされることはなく、フィルターとアンプルの間に気密接続が必要です。
アナリストは通常​​、シリコンホースとテープを使用して部品を接続します。ただし、サンプリング時間は1〜2時間になる可能性があり、作業者が作業中にデバイスを持ち歩くと、部品が外れることが多く、テストが無効になります。

「しばらくしてから、シールを作るためのOリングがあるフィルターボックスにツイストアンドロックアンプルホルダーを思いつきました。すべてが耐久性のある樹脂で3Dプリントされており、完璧に機能します。約50個作ってお客様に発送しました。彼らは主に、作業環境を測定するために北海のプラットフォームでそれらを使用します。そして、このコネクタを使い始めた後、彼らは何の事故もありませんでした」とRøssvoll氏は言いました。

斜めのリングがアンプルホルダーにカチッとはまり、フィルターの底に挿入されたときにOリングと底部が回転するのを防ぎます。これにより、フィルターボックスを端に簡単に取り付けることができます。ねじると、側面が傾斜しているためOリングが膨張し、フィルターボックスの内壁を押してしっかりと接続します。サンプリングが完了したら、アナリストはそれを逆にひねるだけで、フィルターボックスをアンプルホルダーから外すことができます。

 

クジラの骨格の欠けている部分の3Dプリント

もちろん、ノルウェーの物語は、本物の地元のひねりがなければ完成しません。

昨年、Røssvoll氏は、ミンククジラの小さな骨格を持っていたMo I Ranaの博物館から連絡を受けましたが、その骨の一部が欠けていました。

このクジラの骨格の足ひれの小さな骨の完全なセットが3Dプリントされました。

博物館は、コペンハーゲンにある別のクジラの骨格から欠けている部分の3Dスキャンを取得しました。スキャンラインを削除するために3Dスキャンを数回調整した後、Røssvoll氏は、足ひれの2つの完全なセットと2つの腰の骨を含む57個のピース​​を造形しました。

「私はリジッドレジンを使用してクジラのパーツを造形しました。色はクジラの骨にほぼ完璧なので、違いを確認することはできません」とRøssvoll氏は述べています



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