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

近年何かと話題となっている3Dプリンターをご存知の方も多いでしょうが、この3Dプリンターとは一般に紙を使い印字するという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言えるでしょう。
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にデータさえあれば、さまざまな形のものを製作することが可能となっています。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、数が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、完成した製品も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んで行き、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が、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てきており、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言える部品の数々を製作するにいたっているのです。また、金属3Dプリントを使う上でのメリットも、数多くあることは事実でしょう。金属3Dプリントを使う上でのメリットは、細かで詳細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ますので、部品性能自体の向上に役立ちます。
軽量化はどの分野でも課題としてあげられることで、この軽量化をめざして行くためには金属3Dプリントは、大変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プリンターの技術の応用は、生産率向上にも大変寄与すると言えます。なぜなら、製品を一体化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もまったく必要としないからです。この接合と組み立てがいらないと言ったことは意外と重要なことで、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も図れるというものです。

金属造形作成

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来ています。これらの鋼材として使われているものには、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「マレージング鋼」が使われています。また「SUS316L」と呼ばれるステンレス鋼の一種の鋼材は、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」なども利用されているのです。
これらの金属は、それぞれ特性がありますので、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、入れられたデータをもとに必要な材料を造形エリアに供給することから始まりますが、材料がセットされたらすぐに作業が開始されることになります。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、驚くような細かい部品までデータ通りに作り上げられ、製品ができあがります。