The Current Status and Development of Metal Additive Manufacturing Technology

Abstract

Additive Manufacturing(AM)技術の一つである金属積層 造形は，医療分野では早くからインプラントの製造に利用さ れてきた．これは，本技術が従来の加工法では不可能な三次 元複雑形状品の製造が可能で，ラティス構造といった軽量化 や種々の機能を付与できる技術であることによる．とりわけ インプラントには個人個人にあった形状が必須であるため， 本技術は有効な加工手段として利用されている． 最近では，装置や粉末の性能向上により高品質の製品の製 造が可能となってきており，航空宇宙分野において大きな動 きが出てきている．特に，GE 社はジェットエンジンの噴射 ノズルを手始めにタービンブレードへの適用も視野に入れて いる．2016年には，電子ビーム積層造形装置の唯一のメー カーである ARCAM 社とレーザ積層造形装置メーカーであ る Concept Laser 社を買収して新たな装置開発に着手してお り，2017年には本技術をベースとした新工場を新設した． また，工作機械の大手メーカーである DMG MORI 社は， パウダーベッド方式のレーザ積層造形装置メーカーである Realizer 社を子会社化して工作機械からいわゆる金属 3D プ リンタまでを揃えた装置メーカーとなった．さらに，自動車 メーカーも試作品への適用だけでなく，大量生産ではないが 部品への適用を始めてきており，Tier1 の部品メーカーも動 き出してきている． このように，本技術は従来の加工法では不可能な製品を製 造する重要な加工技術として認識されてきている． 本稿では，金属積層造形技術における装置開発や研究開発 動向について紹介するとともに，今後の可能性についても述 べる． . 金属積層造形技術の開発動向   積層造形技術の分類 まず，AM 技術の分類について紹介しておく．AM 技術 は，2009年に設置された ASTM F 42 委員会により，次の 7 つのカテゴリーに分類された．図に各種積層造形技術の概 要を示す．なお，詳細な説明は成書 (1) を参照願いたい．  結合剤噴射(バインダジェッティング)， 材料噴射(マ テリアルジェッティング)， 粉末床溶融(パウダーベッド)，  指向性エネルギー堆積(デポジション)， シート積層，  光重合硬化(光造形)， 材料押出し(熱溶融積層) これらのうち，金属積層造形に用いられるのは，主に粉末 床溶融(パウダーベッド)法と指向性エネルギー堆積(デポジ ション)法であるが，最近ではバインダジェティング法やマ テリアルジェティング法も利用されてきている．   装置開発の概要 パウダーベッド方式に関しては，最近の装置開発は高速 化・大型化の傾向がある．高速化・大型化に関しては，レー ザ出力 500 W あるいは 1 kW のファイバーレーザが搭載さ れてきており，複数台のファイバーレーザを搭載して高速化 を図ってきている．また，1 m サイズのレーザパウダーベッ ド方式の装置開発が行われている．技術研究組合次世代 3D 積層造形技術総合開発機構(以後，TRAFAM と記す)では， 電子ビームによるマルチマテリアルの造形が可能なパウダー ベッド方式の装置開発を行っており，今後の用途展開も広い ことから早期の開発が要望されている．Fraunnhofer 研究所 においては，レーザを光源とした従来装置を改良したマルチ マテリアルの造形が可能なパウダーベッド方式の装置開発が 行われている． デポジション方式の装置開発に関しても，高速化・大型化 が進んでいるとともに雰囲気制御可能な装置開発が行われて きている．高性能ノズルと制御用ソフトウェアの開発もあっ て，この方式としては複雑三次元形状で表面粗さにも優れる 装置開発が行われており，TRAFAM プロジェクトにおいて も高速・高精度の造形が可能な装置開発が進んでいる．我が 国の工作機械メーカーは，相次いでデポジションと切削との ハイブリッド化した装置を改良さらには開発している． 最近では，バインダジェッティング方式の装置が復活して