積層造形: トレンドと機会

オーストラリアの積層造形イノベーションセンターである CSIRO の Lab 22 の所長として、私は積層造形 (AM) 産業の急速かつ目覚ましい成長を目の当たりにしてきました。

著者: ダニエル・イースト博士 – CSIRO、先端製造および金属部門のグループリーダー

2015 年に Lab 22 を設立したとき、私たちの主な目標は、3D プリンティングの先駆的技術をオーストラリアの企業に紹介し、その潜在的なメリットを実証することでした。

それ以来、AM は成熟した繁栄した産業に発展し、その生産効率と有効性がさまざまな分野のオーストラリアの企業に受け入れられています。

航空宇宙企業は AM を使用して軽量で複雑な部品を作成し、コストを削減し、燃料効率を向上させてきました。 医療分野では、AM はパーソナライズされたインプラントや補綴物の製造に貢献し、患者の転帰を向上させてきました。 自動車企業はラピッドプロトタイピングと部品製造に AM を採用し、設計プロセスを迅速化しています。

また、消費財企業は AM を活用してユニークでカスタマイズ可能な製品を提供し、混雑した市場で差別化を図ってきました。

これらの企業はすべて、複雑な形状を製造し、リードタイムを短縮し、無駄を最小限に抑え、大規模なカスタマイズを可能にする AM の能力の恩恵を受け、それによって効率を高め、イノベーションを促進し、顧客満足度を向上させてきました。

これらのプロセスは、他のプロセスでは製造できなかった、または経済的ではなかったコンポーネントの設計の幅も広げます。

その好例がメタリック AM です。同社は、熱交換器、生物医学用インプラント、カスタム スポーツ用品、ミキサー、コンフォーマル冷却チャネルを備えた生産金型など、幾何学的に複雑な小型部品を製造する独自のニッチ市場を開拓しました。

ここ数年、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）による混乱により従来のサプライチェーンの脆弱性が露呈し、AMの成長はさらに加速しました。

混乱のさなか、AM は汎用性の高いモジュール型生産システムとして登場し、単一障害点を排除できる分散型の使用時点での製造における可能性が認識されるようになりました。 ここで、AM は回復力を提供し、グローバル サプライ チェーンへの依存を軽減し、それを可能にするテクノロジーとしてますます価値が高まっています。

この分散型の作業モデルは、アジアやヨーロッパの主要な製造拠点から遠く離れているため、オーストラリアの企業にとって特に有利です。 防衛、鉱業、資源、農業などの遠隔セクターは特に恩恵を受ける可能性があります。 これらの業界は、従来の製造リソースやスペアパーツにアクセスする際に物流上の課題に直面することがよくあります。

AM の成長は、技術の向上と利用可能な機器の機能によって支えられてきました。注目すべきは、特にロボット技術を活用した大判プリンターの機能の拡大です。 このような進歩は、製造できる部品のサイズと複雑さに大きな影響を与え、多くの新しい用途と利点をもたらしました。

蒸着ヘッドを備えたロボットアーマチュアを備えた大型プリンタにより、従来の AM システムよりもはるかに大きなコンポーネントを製造できます。 これにより、以前は単一部品で製造できなかった構造が可能になります。

その結果、構造の完全性が向上し、組み立て時間が短縮されます。

ただし、サイズだけではありません。 これらのプリンタは、幾何学的に複雑でない部品の作成に最適であり、複雑なデザインよりも機能や構造強度が重要な場合に役立ちます。

また、固体ベースの技術、つまり材料を液相を通さずに固体の形態から最終部品に変換する技術の顕著な拡大も見られました。 利点としては、熱応力の軽減、歪みの減少、溶融または混合が難しい材料を処理できることが挙げられます。