最新のものづくり。金属造形の将来性とその出来栄え

3Dプリンターについて

近年何かと話題になっている3Dプリンターをご存知の方も多いでしょう。この3Dプリンターは、紙を使い印字する一般的なプリンターとは違い、データをもとにして樹脂などを溶かして加工することで、立体物を造形可能にした装置のことを意味しています。最近は一般にも、この3Dプリンターが出回り、個人では中々手が出せなかったフィギュア作りにも、この3Dプリンターが利用されるようになり、身近なものとして知られるようになってきました。

金属造形とは「金属積層造形」で、基本的にこの3Dプリンターと同様に、専門の機械により3D物体を作り出せることができます。製造方法は金属粉末を溶解させ、これを凝固させながら、金属を積層させることにより3次元での立体物を作り出すというものです。溶解させる熱源には、電子ビームやレーザーなどが利用されており、「金型を必要としない部品製造を行うことができる」という優れた特質を持っているために、現在注目されている分野の一つといえるでしょう。

従来の成型は、金型や木型をもとにした砂型を最初に作り、これをもとにした鋳造が行われるのが常でしたが、この金属積層造形では型を必要としません。また、不可能であった細かく詳細な部分にまで正確に造形が行われるため、データさえあればさまざまな形のものを製作することが可能です。

また製造に関しても、ロットの大小に関わらず生産が可能で、少数でも生産を行うことができるというメリットがあります。素材の元となる金属の種類に関しても、さまざまな金属を取り扱うことができるのが特徴で、完成した製品は比較的丈夫で耐久性にも優れていると言われています。

これまでは、一部の職人の技が必要であったものでも楽に造形を行うことができるようになったおかげで、色々な分野にこれらの技術が使われることになるでしょう。

金属造形のメリット

現在は技術革新も大幅に進み、3Dプリンターの技術を応用した金属3Dプリンターが開発されるに至りました。

しかし、金属造形は未だ新しい技術であり、実用に足らない課題も多く残されています。それは部品形状や材料あるいは設備特性などを考慮しながら、一品一様の造形方案の検討が必要になるということでもあります。それでも現在、数多くの技術が開発され、特殊な部品やパーツまでもが簡単に作れるようになってきたのも事実で、これらの技術を応用した作品ともいえる数々の部品が製作されています。

また、金属3Dプリントを使う上でのメリットが数多くあることも事実でしょう。

金属3Dプリントを使う上でのメリットは、細かな部分を作れるだけでなく製品の軽量化も図ることができるので、部品性能自体の向上に役立つことです。

軽量化はどの分野でも課題として挙げられることです。この軽量化を行うために、金属3Dプリントは非常に都合のいいものとして利用できるでしょう。また、小型化による冷却効率向上によって、構造上の最適化も行える上にラティス構造などを採用した効率化も図ることが可能になります。

3Dプリント技術の応用は、生産性向上にも大変寄与するといえます。製品を一体化した状態で作り上げることができるため、接合や、ネジやナットで留めるといった工程を一切必要としないからです。この接合と組み立てが不要なことは意外と重要で、これまでその行程作業に使われていたロボットや人出などの作業が不必要になるために、大幅なコストダウンを図れます。

金属造形での製造

現在、金属3Dプリントの材料となる金属も数多く開発されてきています。

例えば「マレージング鋼」は、ツーリング部品に使われる金型や治具に工具、またはパッケージ・容器に使用されるブロー成形や、射出成形に金型、自動車などの機械部品の数々や、タイヤ金型などに使われています。

また「SUS316L」と呼ばれるステンレス鋼の一種は、医療の分野でも使われるようになり、外科ツールも製作されています。

これらの緻密な部品は、その特性により航空や宇宙工学といった分野にも適性を示しており、エアフォイルやタービンの部品にも「SUS316L」、「17-4PH」を始め、ニッケル合金である「Ni718」や、鉄を含まない金属の代表である非鉄合金の「64チタン」に「アルミ合金」などにも利用されています。

これらの金属にはそれぞれ特性があるで、それらの特性を生かした分野での部品や製品作りを行うことができます。

実際に3Dプリントを行う工程は意外とあっさりしたもので、最初は造形データを変換しコンピューターにデータとしてインプットします。これに条件設定を組み込めば、あとは造形機に作業を行わせることになります。

造形機は、入力されたデータをもとに必要な材料を造形エリアに供給し、材料がセットされるとすぐに作業を開始します。熱源となる電子ビームやレーザーは材料をすぐさま溶かし始め、次々と層をなして製品を作り上げます。これらの工程を幾度となく繰り返して、驚くほど細かい部品までデータ通りに作り上げられ、製品が完成します。