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【アディティブマニュファクチャリングとは？】次世代の設計・製造技術の可能性と実用例

作成日：2024年7月29日　更新日： –

「3Dプリンティング」に比べて「アディティブマニュファクチャリング」は耳にすることがあまりありませんが、これらは同じものを指し、製造業にイノベーションをもたらしています。その技術や応用事例、手法や課題まで、詳しく解説します。

アディティブマニュファクチャリングとは？

基本概念と歴史的背景

アディティブマニュファクチャリング（AM）は、3Dプリンティングとも呼ばれる技術で、材料を層ごとに積み重ねて形状を作り出します。1980年代初頭に登場し、製造業に革新をもたらしました。特に、従来の加工方法では困難だった複雑な形状や軽量化を実現できる点が注目されています (ShareLab NEWS) (AutoDesk)。

アディティブマニュファクチャリングのメリット

アディティブマニュファクチャリングの最大のメリットは、設計の自由度が大きく広がることです。従来の加工方法では不可能だった内部構造や一体化された部品を製造することができます。これにより、部品の強度向上や重量削減が可能となります (Reinforz) (Siemens Digital Industries Software)。

設計の新たな可能性

従来の設計手法との比較

従来の加工手法と比較して、アディティブマニュファクチャリングでは製造過程での制約が少ないため、設計者はより自由に形状を追求できます。例えば、従来の加工では多くのパーツに分割して製造していたものを、アディティブマニュファクチャリングでは一体化して製造することが可能です (DMG MORI Japan) (Siemens Digital Industries Software)。

軽量化と複雑形状の実現

アディティブマニュファクチャリングは軽量化のための設計においても強力なツールです。ラティス構造やトポロジー最適化などの技術を利用することで、必要な強度を維持しつつ部品の重量を大幅に削減できます (MMTS) (Solid Edge)。

主要なアディティブマニュファクチャリング技術

パウダーベッドフュージョン（PBF）

金属粉末を敷き詰めたベッドにレーザーや電子ビームを照射し、選択的に溶融・固化させる技術です。高精度な造形が可能ですが、時間がかかることがデメリットです (MMTS)。

指向性エネルギー堆積（DED）

金属粉末をノズルから噴射し、レーザーや電子ビームで溶融・積層させる技術です。比較的高速で造形でき、既存の部品の修理にも適用可能です (Reinforz)。

バインダージェッティング

金属粉末にバインダーを噴射して層ごとに固める技術です。高速で大量生産に適しており、サポート構造が不要な点が利点です (MMTS)。。

産業別応用事例

航空宇宙分野での応用

アディティブマニュファクチャリングは航空宇宙分野で広く利用されています。例えば、ジェットエンジンの部品製造において、従来の方法では不可能だった複雑な形状を実現し、軽量化による燃費の改善が可能になっています (ShareLab NEWS) (Reinforz)。

医療分野でのカスタムインプラント

医療分野では、患者一人一人に合わせたカスタムインプラントの製造が進んでいます。アディティブマニュファクチャリング技術により、より精密で適合性の高いインプラントを短期間で製造することができます (DMG MORI Japan) (Siemens Digital Industries Software)。

自動車分野でのプロトタイピング

自動車業界では、プロトタイピングの迅速化とコスト削減にアディティブマニュファクチャリングが利用されています。実際の使用材料で試作品を製造することで、製品開発の初期段階から正確な性能評価が可能です (Siemens Digital Industries Software) (MMTS)。

設計最適化のためのツール

ジェネレーティブデザイン

コンピュータが生成する多数の設計オプションを比較・検討し、最適な設計を見つける手法です。アディティブマニュファクチャリングと組み合わせることで、従来の設計手法では見つけられなかった革新的なデザインを実現します (Solid Edge)。

トポロジー最適化

CAE（Computer-Aided Engineering）を用いて、どのように材料を配置すれば最適な構造となるのかを解析して、部品の性能を最適化する手法です。設計空間・荷重条件・拘束条件・制約条件を与え、目標とする性能指標を最大化するような材料の配置を計算します。強度を維持しながら、材料の使用量を最小限に抑えることができます。(Siemens Digital Industries Software) (Siemens Digital Industries Software)（旭化成）。

ラティス構造の利用

内部にラティス構造を持たせることで、重量を削減しつつ、必要な強度や剛性を確保する設計が可能です。ラティス構造とは、枝状に分岐した格子を周期的に並べた構造のことで、これによって造形物の中身を空洞にできるため、形状を変更することなく簡単に軽量化をはかることができます。特に、医療用インプラントなどで有用です (Reinforz) (MMTS)（日本積層造形(株)）。

アディティブマニュファクチャリングの課題と未来

現在の技術的制約

アディティブマニュファクチャリング技術は多くの利点がありますが、現在もいくつかの課題が存在します。例えば、造形速度の遅さや材料の制約、品質のばらつきなどが挙げられます (DMG MORI Japan) (Solid Edge)。

将来の技術展望と研究開発

研究開発の進展により、これらの課題は徐々に解決されつつあります。今後は、より多様な材料の使用や、造形速度の向上、品質管理の強化が進むと期待されています (Reinforz) (Siemens Digital Industries Software)。

まとめ

アディティブマニュファクチャリングは、従来の製造方法では実現できなかった新たな設計の可能性を開く技術です。設計の自由度が増し、軽量化や複雑形状の実現が可能となり、多くの産業分野で応用されています。今後の技術進展により、さらに多くの可能性が広がるでしょう (AutoDesk) (Developer 2 Developer)。

OUTSENSEでも3Dプリンターを保有しており、折り工学を取り入れることで軽量化や構造強化などの性能を実現した製品を3Dプリンティングで製作し、試作品や製品として納品させていただくこともあります。最新のアディティブマニュファクチャリングと折り工学を、一度ご体験ください。