金属3Dプリント技術と未来
ツムリ 3Dプリント出力サービス
金属3Dプリントは金属材料をレーザーや電子ビームなどの熱源で溶かして積層することで、複雑な形状の部品や製品を作る技術です。
この記事では、金属3Dプリント技術と未来を取り上げて、金属3Dプリントの概要、応用分野、最新の金属3Dプリント技術とトレンドなどをお伝えします。
目次
1．金属3Dプリントの概略
金属3Dプリンターは、近年、航空宇宙や医療などの分野での需要が高まり、実用化に向けてさまざまな研究開発が進められています。
こちらでは、3Dプリンターや金属3Dプリンターの特徴について解説します。
（１）3Dプリンターとは
3Dプリンターとは、デジタルモデルをもとに、物質を層状に積み重ねて立体物を作る機器のことです。
3Dプリンターは、工業用から家庭用までさまざまな種類があります。3Dプリンターの利点は、複雑な形状や内部構造を持つものを自由に作れることや、無駄な材料を減らせることなどです。
3Dプリンターの応用分野は、医療、建築、教育、芸術など多岐にわたります。
（２）金属3Dプリンターとその特徴
金属3Dプリンターは、樹脂材料では不可能な高い機械特性を持つ部品を造形できるというメリットがあります。
例えば、古い部品の型がなくても3Dプリンターで再現したいときに強度が必要な場合や、ソフトウェアで複雑な形状を設計して3Dプリンターで実現する際に耐熱性が必要な場合などに、金属3Dプリンターは有効な解決策となります。
また、金属3Dプリンターは、樹脂3Dプリンターと比べて高い機械特性を持つ部品を造形できるため、試作だけでなく製造にも適しています。
金属3Dプリンターで部品を作り、加工によって精度を上げることも可能です。この方法は、金属加工に比べて効率的でコスト削減にもつながります。
2．金属3Dプリントの基本
金属3Dプリントには、おもにパウダーベッド方式とダイレクトエナジー方式の2種類があります。
パウダーベッド方式は、金属粉末を平らなベッドに敷き詰めて熱源で溶かし、一層ずつ積み重ねる方法です。
ダイレクトエナジー方式は、金属粉末やワイヤーを熱源の先端に供給しながら溶かし、直接部品の形に造形する方法になります。
（１）金属3Dプリントの原理とプロセス
金属3Dプリントの原理は、CADデータに基づいて熱源を制御し、金属粉末やワイヤーなどの原料を溶融させて固化させることで、複雑な形状や内部構造を持つ部品を製造するというものです。
また、金属3Dプリントのプロセスは、おもに以下の4つのステップにわけられます。
- デザイン：CADソフトウェアで部品の形状や寸法を設計し、STLファイルなどの3Dプリント用のデータ形式に変換します。
- スライシング：3Dプリント用のソフトウェアで部品を薄い層に分割し、各層の熱源の動きやパラメーターを設定します。
- プリント：3Dプリンターで部品を層状に積み重ねて作ります。熱源は原料を溶かし、冷却すると同時に固化させます。
- 後処理：3Dプリンターから取り出した部品に対して、切断や研磨などの表面処理や、熱処理や検査などの品質管理をおこないます。
（２）使用される金属材料の種類と特性
金属3Dプリントに使用される金属材料には、ステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などがあります。
これらの材料は、高い強度や耐熱性、耐食性などの特性を持ち、航空宇宙や医療、自動車などの分野で広く利用されています。
3．金属3Dプリントの応用分野
金属3Dプリントの応用分野は多岐にわたります。
例えば、航空宇宙、医療、自動車、建築などの分野で、複雑な形状や高い強度をもつ部品や構造物を製造することができます。
金属3Dプリントは、従来の加工方法に比べて、材料の節約や生産時間の短縮などのメリットがあります。
また、デジタルデザインやシミュレーションを活用することで、より最適化された製品を開発することが可能です。
（１）航空宇宙産業での活用事例
航空宇宙産業のおけるロケットエンジンの製作にも、金属3Dプリントが活用されています。
金属3Dプリントはエンジン開発において低コスト化とスピードの両方を実現する有効な手段として活用されています。
金属3Dプリントはデータに基づいて複雑な形状のものを自由に作成できるため、素材や人件費、時間などのコストを削減できるからです。
また、部品の数を減らして軽量化やさらなる低コスト化を図ることもできます。
金型を作る必要がないので、多くの試作品を短期間で作り、開発スピードを上げることが可能です。
ロケットエンジンのように高額な製品においては、質を落とさずに低コスト化することが重要になります。
金属3Dプリントはアメリカの企業だけでなく、世界中でエンジン開発のスタンダードになっていくでしょう。
（２）医療機器製造での活用事例
義手や義足は、個人に合わせて作られる特殊な製品です。そのため、高価で入手しにくいという問題がありました。しかし、金属3Dプリントは、低コストでオリジナルのデザインを作ることができます。
また、3DスキャナーやAIなどの技術と組み合わせることで、より性能の高い義手・義足を製作可能です。
これらの技術は、装着者の快適さや機能性を向上させます。金属3Dプリントは、今後も義手・義足の製作に革新的な変化をもたらすでしょう。
（３）自動車業界での活用事例
ポルシェは、ダカール・ラリーに参戦するために金属3Dプリンタを活用しています。金属3Dプリンタは、従来の製造方法では困難だった部品の軽量化や強度の向上、ケーブルの埋め込みや表面加工などを可能にします。
例えば、レバーやペダルは、金属3Dプリンタで作られた部品を使うことで、操作性や耐久性が高まりました。
ポルシェは、金属3Dプリンタの特徴を生かして、過酷な環境に対応する車両を開発しています。
4．最新の金属3Dプリント技術とトレンド
金属3Dプリントは、航空宇宙、医療、自動車などの分野で高い強度や軽量性、自由度の高いデザインが求められる用途に適しています。
最近では、金属3Dプリントの精度や速度が向上し、コスト低減も実現しました。また、新しい金属材料や合金の開発も進んでおり、金属3Dプリントの可能性は広がっています。
金属3Dプリントは、今後もさまざまな分野で革新的な製品やサービスを生み出す技術として注目されるでしょう。
（１）金属3Dプリントの革新的な進歩
金属3Dプリントは、従来の製造方法では困難だった高性能や高付加価値の製品を実現しています。
近年では、金属3Dプリントの精度や速度、コストなどが向上し、より多くの応用が可能になっています。例えば、金属3Dプリントで作られたロケットエンジンやタービンブレードは、軽量化や冷却効率の向上により、燃費や性能を改善できます。
金属3Dプリントは、未来の製造業を変革する革新的な技術といえるでしょう。
（２）3DプリンティングとAI、機械学習の統括
AIを用いた自動設計生成では、要件に応じて最適な3Dモデルを作成します。これにより、設計の効率化やコストの削減に貢献できるでしょう。
また、AI技術を活用した品質管理では、3Dプリンティングのデータを分析し、製造プロセスや品質の改善を目指すことで、問題や欠陥の早期発見ができます。
AI技術と3Dプリンティング技術を組み合わせることで、カスタマイズ製品の迅速な提案、対応がしやすくなり顧客満足度の向上が見込めます。
5．まとめ
金属3Dプリントにおけるポイントは、
- 金属3Dプリント複雑な形状の部品や製品を作ることができる技術
- 金属3Dプリントの応用分野は航空宇宙、医療、自動車、建築など多岐にわたる
- AIと3Dプリンティングを組み合わせた技術も活用されている
になります。
金属3Dプリントをさまざまな技術に活用することで、革新的な製品やサービスを生み出せるでしょう。
本記事を参考にぜひ、金属3Dプリント技術と未来について模索してみてはいかがでしょうか。
