エンゲル｜人型ロボット：射出成形の次のフロンティア応用

人間型ロボットは実験室から工業現実に向かっており、納得できるデモ動作の背後には、ハードウェアを駆動するソフトウェアのように厳しいハードウェアに対する課題が存在している。開発者がバッチ化生産を推進するにつれて、どのように経済的な方法で何千何万もの軽量化、精密化、耐久性のあるコンポーネントを製造するかが重要になってきた。ENGELは数十年来、電子、自動車、駆動技術の分野で高精度プラスチックの加工と成形を支援することに力を入れており、この専門知識をこの要求の厳しい新興製造分野に持ち込む準備をしている。

　　原型機からバッチ量子化へ

　　なぜ射出成形が重要なのか

人型ロボットの開発者は共通の転換点に直面している：もともとCNC加工や3 Dプリントを用いて作られた部品は量産による需要の増加がボトルネックになる。

射出成形はちょうどこの問題を解決した。緩やかで高価な単一部品生産の代わりに繰り返し可能なプロセスを使用しており、複雑な幾何形状、厳密な公差、機能統合された製品を数秒で完成することができ、生産量が増加すると単位コストが大幅に低下します。このような原型機からバッチ量子化への移行は未来のシーンではない。今では、業界全体の購買決定を再構築しています。

ハードウェアの産業化を評価するロボット開発者にとって、設計初期に選択された金型パートナー、材料、プロセス方案は、この部品が大規模な生産時に経済的な実行可能性を備えているかどうかを決定する。ENGELは業界を超えた豊富な経験によって、まさにこの方面で先手を打つことができる。

　　アクチュエータ、ステータ、ギア

　　精度が鍵

各関節には、熱負荷に耐え、厳しい寸法公差を維持し、軸受、センサー不必要な重量を増加させることなく、モータエレメントを含む。

　　
特に注目すべきチャンスはアクチュエータ内部に存在する：固定子と回転子の被覆成形。積層コアを絶縁紙と手動組立工程で隔離する必要はありませんが、高性能熱可塑性プラスチック（例えば、LCP、PPSまたはPA 46）は、打ち抜きコアを被覆成形し、絶縁、ワイヤガイド、極靴幾何形状、コネクタインタフェースを永久結合された単一部品に統合する。その結果、モーターはより軽く、よりコンパクトで、より優れた熱伝導性、より高い巻線密度とより少ない組立ステップを備えている--このような機能集積こそ、本当に規模化の意義を体現している。

精密エンジニアリングプラスチックの使用状況：PPSとPA 46（40〜50%までのガラス繊維強化毎）は150℃を超える連続使用に耐えることができ、LCPは敏感な電子デバイスと巻線の周りに薄肉、寸法安定な幾何構造を実現することができる。

歯車は過小評価されがちな2つ目のチャンスだ。歯車幾何形状には卓越した溶融制御と再現性が要求されるため、ENGELは高精度POM加工に最適化し、逐次射出に一貫した歯形幾何学と寸法精度を実現するための専用可塑化ユニット概念を開発した。

ENGELの機械技術はアクチュエータハウジング、被覆成形固定子と精密歯車に共通して要求される射出精度、熱安定性と技術繰り返し性を提供している。同時にインサート成形能力を備えており、金属インサート、軸受座または接触素子を直接成形過程に集積することができる。

　　カバーと外部アセンブリ

　　軽量化で良質な表面に出会う

人型ロボットの筐体は、そのアイデンティティ特徴を定義している。車体カバー、ショルダープレート、ボディシェルは、大量生産時に経済性を維持しながら、軽量化と良質な表面仕上げの間でバランスを取らなければならない。PC−ABS（ポリカーボネート−ABSブレンド）は天然の材料選択である：それは大型カバー部材に必要な靭性、表面品質と設計自由度を兼ね備えている。

　　　　

ENGELは2つの相補的発泡技術をサポートし、寸法安定性を高め、縮み跡を回避しながら部品重量を減らすことができる：MuCellを使用®成形の物理的発泡と発泡剤を用いた化学的発泡。これらの2つの方法は、部品の幾何学的形状、体積、表面の要件に基づいて、製品の重量と材料の消費を削減しながら、大型筐体の必要な剛性を維持するための賢明な選択です。

　　　　

表面美学において極めて重要な部品について、ENGELのプロセスの組み合わせは、高光沢、無融着痕表面を実現するための高速金型表面加熱技術から、成形中に装飾性または機能性フィルムを直接集積するためのfoilmelt（フィルム埋め込み射出）プロセス、さらに永久耐スクラッチパターンのための金型内ラベリング（in-mould labelling）プロセスまで、様々な表面処理方案を提供する。適切な組み合わせは、各カバー部品の具体的な設計と生産量目標に依存します。

　　マスクとセンサカバー

　　保護知覚

各人型ロボットの顔の背後には、レーザーレーダー（LiDAR）ユニット、立体カメラ、その他の光学センサーなどのコア技術の一部が隠されており、これらの部品はロボットに世界を感知する能力を与えている。

ポリカーボネート（PC）は堅牢で造形能力のある構造フレームを提供し、ポリメタクリル酸メチル（PMMA、すなわちアクリル）はカメラとレーザレーダウィンドウに必要な光学的透明性を提供する。両者は同じ金型、同じプロセスステップで結合し、二次組立や接着を必要としない。

ENGEL両板機（duo）は特にこの応用に適している：基材は最初のステーションで成形し、金型が回転し、それから第2の材料は同じ型締ユニットに応用し、高精度、高光学要求の2 K部品生産の繰り返し精度と安定性を確保する。

コネクタと電子

　　LCP射出成形

各人型ロボットの内部には、数百のマイクロコネクタ、センサホルダ、PCBシェルがシステムの接続と保護を保持しています。液晶ポリマー（LCP）は高周波コネクタと小型化電子ハウジングの第一選択材料となっている：その壁厚は0.数ミリまで低く、優れたリフロー抵抗と高周波信号完全性を有し、LCPが次世代ロボットアーキテクチャに必要な小型化を実現できる。

全電動機械技術は精確な射出速度制御を有し、超薄型マイクロコネクタ部品にゲート最適化、高精度成形を行うことができ、多キャビティ金型はマイクロ部品に対しても経済的な大量生産を実現することができる。

PPS、PEI、PA 6 T/PA 9 Tはセンサハウジング、配電箱、電池管理カバーの材料の組み合わせであり、これらは難燃性、寸法安定性、電気絶縁性を必要とし、この点でエンジニアリングプラスチックは金属代替品よりも性能が優れており、重量は金属のほんの一部にすぎない。

　　ハンド、クランプ、および軟質部品

　　2 KおよびLSR技術

類人の器用性は人型ロボット分野の重要な挑戦の一つである。指関節、触覚グリップパッド、可撓性腕関節、集積センサーの指先には、構造剛性と制御可能な可撓性を兼ね備えた材料が必要であるが、多成分射出成形技術は単一の生産工程でこの組み合わせを実現することができる。

ENGELの二成分（2 K）及び多成分射出成形技術は、単一機械サイクルにおいて、硬質構造基材（典型的にはPA 12、PA 6又はPOMであり、後者は低摩擦摺動要素及び精密歯車の好ましい材料である）を軟質TPU又はTPE被覆成形に結合することができる。このプロセスは、二次組立を省き、結合完全性を高め、独立したコンポーネントでは得られない複雑な機能幾何形状を実現することができます。

皮膚感触と生体適合性表面を必要とする用途には、ENGELの液状シリコーンゴム（LSR）技術は、バリのない高精度のシリコーンゴム部品を提供することができる。

　　エンジニアリングパートナーとしてのENGEL

ENGELを人型ロボットの分野で際立たせたのは、まず機械に関する専門知識の広さだ。射出成形設備のほか、ENGELは各プロジェクトに数十年の材料専門知識、技術開発と自動化集積経験をもたらし、応用コンサルティングとENGEL技術センターの初検証から量産サポートまでの各サービスを提供する。

ENGELは経験豊富な金型メーカーと緊密に協力して、お客様が適切な金型方案を見つけるのを助けて、そしてその特定の部品とロットの要求に基づいて、お客様が適切な専門家と連絡を取るのを助けます。

ENGELの自動化システムは射出成形ユニットとシームレスに統合され、自動製品転送、インサート配置、オンライン検査、下流組立を含み、人型ロボット開発者及びその部品供給業者が必要とする高生産量、低労働コストの経済的生産を実現する。インテリジェントプロセス制御技術は、数百万サイクルにわたって一貫した製品品質を維持するために、材料ロットの変化を補償するために機械パラメータを調整し続けている。

欧州、米国、アジアに広がるアプリケーションセンターとサービスネットワークにより、ENGELはお客様が将来どこでロボットを製造しても現地のサポートを受けることができるようにします。

人型ロボット市場は急速に発展しており、現在拡張可能で信頼性の高い射出成形サプライチェーンを構築している企業は、将来の量産ロボットのコスト構造と品質基準を形成するだろう。

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