金属積層造形のプロセス

アディティブ・マニュファクチャリング（3Dプリント）は、インダストリアル・オートメーションの世界を席巻しています。

金型を作って材料を取り除く代わりに、材料を何層にも重ねることで、より低コストで廃棄物の少ない製品を作ることができるようになりました。特に、金属積層造形（Metal 3D Printing）は、航空宇宙産業などで人気を博しています。

AMPOWERの最新レポートによると、金属積層造形市場は、2024年までに27.9%の成長が見込まれています。メタルアディティブマニュファクチャリングでは、従来の製造プロセスよりも少ない材料と少ない労力で、強度が高く、非常に複雑な金属部品を構築することができます。

業界の動向を知るために、ここでは金属積層造形のクイックガイドをご紹介します。

金属積層造形の概要

積層造形は、金型やトリミングを必要とする従来の製造方法とは異なり、高度な3Dプリンティング機器を用いて、ゼロからモノを作ります。基本的には5つのステップで行われます。

デジタルモデルを作成。
中空化、穴の大きさの編集、サポートの追加など、印刷の準備。
3Dモデルをスライスしてレイヤーを作成。
パーツをレイヤーごとに印刷。
最終製品への後処理。

プロセスはほぼ同じですが、金属積層造形で製品を印刷する方法は複数あります。ここでは、代表的なものをいくつか紹介します。

粉末床溶融 - 製造テーブルの上に金属粉末を置き、高エネルギー電子レーザーが粉末を層ごとに正確に溶融して最終製品を作成します。
メタルジェッティング - 金属素材を溶かし、製造テーブルに直接塗布する。液体金属はすぐに冷やされ、最終製品が完成するまで新しい層が追加されます。
バインダー噴射 –金属粉末を液体の結合剤で結合させます。結合剤の層を増やしていくと、最終的な製品の形になります。

金属積層造形の各タイプは、多種多様な材料で複数のパーツを作成することができます。アディティブ・マニュファクチャリングで使用される代表的な金属としては、インコネル718やインコネル625などのニッケル合金、ステンレススチール、アルミニウム、銅などがあります。

金属積層造形（金属3Dプリント）の長所と短所

金属の積層造形には多くのメリットがありますが、すべてのタイプの製造に適しているわけではありません。ここでは、金属製品の構築に積層造形システムを使用する場合の長所と短所をご紹介します。

長所

ローカルでのオンデマンド生産を可能にすることで、部品を保管するためのスペースとコストを削減。
大きな素材から部品を切り出したり、切断したりする必要がなく、無駄が少ないため、製造コストの削減にもつながります。
金型を作る必要がなく、迅速な新製品の生産が可能です。
より速い試作品の製作により、製品開発を迅速に進めることができ、競争力を高めることができます。
組み立て不要。積層造形の部品は、複数の部品を組み合わせる必要がなく、全体を印刷することができます。
最小限の労力とスキルで、非常に複雑な部品を作ることができます。

短所

ビルド時間が遅いため、積層造形は大量生産には向かない。
高価な装置が必要となるため、初期費用が高くなる。
製品のサイズは、積層造形システムの制約を受けます。例えば、民生用プリンターのプリントベッドは、一般的に1立方フィート(一辺30.48センチの立方体）以下の大きさです。

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金属積層造形の応用

もともと金属積層造形は、主に試作品の製造に使われていました。製造業者は、大規模な生産を行うための金型や設備に投資する前に、すぐにテスト可能な製品を設計して印刷することができました。技術が進歩し、積層造形法がより安価になるにつれ、積層造形法はさまざまな業界で採用されるようになりました。

航空宇宙産業は、積層造形の主要な導入企業のひとつです。航空宇宙企業は、積層造形を利用して、従来の方法では不可能だった非常に複雑な金属部品を設計・製造しています。

無駄を省くことで、航空宇宙メーカーは、航空機の設計に不可欠な構造的完全性を損なうことなく、重量を削減することができます。

医療業界でも、アディティブ・マニュファクチャリングを利用して、特定の施術に必要な独自のツールや器具を製作しています。医療関係者は、メーカーが設計・製造するツールを待つ必要はありません。医療従事者は、メーカーが設計・製造するツールを待つ必要はなく、必要なツールを短時間で、しかも低コストで作成し、複雑な処置を支援することができます。

金属積層造形で生産を最適化

金属積層造形は、従来の製造プロセスに取って代わるものではないかもしれませんが、さまざまな業界のメーカーにとって大きなメリットがあります。

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