クリーニングを新たな高みへ：アディティブ・マニュファクチャリングが実現する高性能ドローンソリューション
産業用清掃用ドローン
ビルのファサード、広大なガラス面、大規模な太陽光発電設備の原状維持は、常に運用上の課題となっている。従来の方法では、足場、油圧リフト、ロープアクセスに頼ることになり、労働集約的で時間がかかるだけでなく、作業員に大きな安全上のリスクをもたらしていた。スイス・ドローン・サービス社は、より安全で効率的、かつ費用対効果の高い代替案を模索する中で、こうした従来の制約を克服するソリューションとして、高圧洗浄システムを搭載した専用ドローンを思いついた。
しかし、このビジョンを現実にするには、複雑な工学的ハードルがあった。ドローンと洗浄装置をつなぐ重要な部品であるノズルとランスには、独自の特性の組み合わせが必要で、従来の製造方法では限界があった。これを解決するため、スイス・ドローン・サービス社は、積層造形のスペシャリストであるエコパーツ社（Ecoparts AG）と提携しました。エコパーツ社は、EOSテクノロジーのパワーと精度を活用して、機能的であるだけでなく、あらゆる技術要件を満たす部品を製造し、自動化された高所清掃の新時代を築きました。
課題
スイス・ドローン・サービシズAGの中心的な課題は、高圧水噴射の過酷さに耐えながら、ドローンでの運用に十分な軽さを実現できる洗浄ランスとノズル・アセンブリを開発することだった。余分な重量があれば、飛行時間と操縦性が大幅に低下し、ビジネスケース全体が損なわれる。ドローンの強力なローターと高圧洗浄機の振動が組み合わさると、ドローンが制御不能になったり、繊細なフレームや電子機器に長期的な構造的損傷を与えたりと、問題が連鎖的に発生する可能性があるため、この部品は非常に安定している必要があった。
さらに、このプロジェクトでは、さまざまな表面や条件に合わせて洗浄プロセスを最適化するための高度なカスタマイズが要求され、厳しい納期が開発チームを圧迫した。従来通り製造されたソリューションでは、フライス加工と溶接が施されたコンポーネントを複数パーツで組み立てることになる。このようなアプローチでは、重量が重くなり、接合部に故障の可能性が生じ、振動減衰の能力もほとんどなかっただろう。設計と製造のプロセスは、プロジェクトの野心的なタイムラインと性能目標を達成するには、あまりにも時間がかかり、硬直的であっただろう。Swiss Drone Servicesは、軽量、堅牢、高度にカスタマイズされたコンポーネントを迅速に提供できる製造アプローチを必要としていました。
カスタマイズ
カスタマイズされたペイロードを持つ商用ドローンは、最適化された清掃効率を保証する。
軽量
高圧洗浄ランスを保持するための軽量ブラケットにより、光照射時間を最大化。
安定
ブラケットは、飛行の安定性を維持するために、振動を伝えることなくランスを固定しなければならない。
ソリューション
高品質な金属3Dプリント部品製造のリーダーであるEcoparts AGは、3Dプリンターで製造された金属3Dプリント部品に、EOS M 290を採用しました。 EOS M 290システムを採用し、特注のランスとノズルを製作しました。選択された材料はEOSアルミニウムAlSi10Mgで、この合金は優れた強度対重量比と熱特性で有名で、要求の厳しい航空宇宙および産業用途に理想的です。
DMLS の機能を活用することで、Ecoparts 社のエンジニアはモノリシックでトポロジー的に最適化されたコンポーネントを設計することができました。このプロセスにより、複雑なアセンブリであったであろうものを、単一のシームレスな部品に統合することができました。内部の流路や複雑な形状は設計に直接組み込まれ、高圧水の流体経路を作りながら、構造上必要な部分にのみ材料を使用しました。
このアプローチにより、部品の剛性を最大限に高めながら、最終的な重量を大幅に削減することができました。EOS M 290、アルミニウム粉末を60 µmの精密な層で加工することで、最終的な部品の強度を確保しながら、完璧なフィットと最適な流体力学のための正確な仕様を満たしました。このトゥールレスの迅速な製造方法によって、設計の迅速な反復が可能になり、チームはコンポーネントのテストと改良を完璧に行うことができ、プロジェクトの厳しい期限に間に合わせることができました。
"このプロジェクトは、金属3Dプリンティングのすべてを示す完璧な例です。私たちは、低重量、高強度、耐振動性、複雑な形状という相反する要件に直面していました。EOS M 290使用することで、単一ピースとして加工することはほぼ不可能であった、機能的に統合された高性能パーツを製造することができ、クライアントの中核となる製造上の課題を解決することができました。"
ダニエル・キュンディッヒ、エコパーツAG
結果
Swiss Drone Services AGとEcopartsのコラボレーションは、積層造形が先進的なロボット工学の発展において今後も果たす役割を実証した。3Dプリントされたアルミニウム製のランスとノズルアセンブリは、すべての性能基準を満たし、それを上回った。
最も重要な成果は、軽量化と高い安定性の完璧なバランスを達成したことだ。最終的な部品は、実現可能な機械加工による代替案よりも大幅に軽量化され、40％の軽量化を達成し、ドローンの飛行時間の延長と運用範囲の拡大に直結した。
モノリシック・デザインは非常に堅牢で、高圧洗浄機の力にも容易に耐えることが証明された。
ドローンマウントのピーク振動を60％以上低減したこの優れた振動減衰は、ドローン本体を保護し、清掃作業中の安定性と操縦のしやすさを維持します。一方、EOS M 290 プラットフォームが提供する迅速な開発サイクルにより、コンセプトから最終部品までのスケジュールが数ヶ月から数週間に短縮され、最終部品は最初の設計からわずか3週間で納品された。Swiss Drone Services AGは現在、従来の方法よりも安全で拡張性の高い、最先端で高効率の清掃ソリューションを備えており、市場での明確な競争優位性を獲得しています。
- 飛行時間と敏捷性を最大化するための40％の軽量化
- ピーク振動を60%低減し、飛行安定性を向上
- コンセプトから部品納入まで3週間という、アグレッシブなプロジェクト・スケジュールに対応。
- 洗浄効率を最適化し、水の使用量を削減するカスタムブラケット設計
「洗浄ドローンの動作安定性は私たちの最大の関心事でした。高圧システムの振動は強烈です。従来の組み立て式部品では、故障箇所が多すぎて、必要な剛性が得られなかったでしょう。EOS技術による積層造形は、軽量でありながら、これらの力を吸収するのに十分な剛性を持つ部品を得る唯一の方法であり、私たちのシステムを商業的に実行可能なものにしました。"
マルコ・ボルトラン、スイス・ドローン・サービスAG、技術／開発部門管理職
企業について
スイス・ドローン・サービス社
清掃、点検、測量などの産業用途に特化した業務用ドローンシステムの開発・運用に特化した革新的なサービスプロバイダー。詳細：https://swiss-drone-services.ch/en/
Ecoparts AG
産業用3Dプリントサービスを提供するスイスの大手企業。モータースポーツから航空宇宙まで、幅広い産業向けの高品質な金属部品の製造に特化している。詳細：https://ecoparts.ch/
