金属3Dプリンターへの過剰な期待?から失望?そして回復

金属3Dプリンターブームが5年前におこりまして、たくさんの企業様や大学様や研究施設などが金属3Dプリンターを導入しました。

もちろん・・今も金属3Dプリンターをご検討している企業様が多くあるのだと思います。

なんでも新しい技術が世の中に出てくると期待値は高まりブームが起こることは当然の事といえます。

これをアメリカのガトナー社ではハイプ・サイクルを用いて、新技術の登場によって生じる過度の興奮や誇張(hype、ハイプ)、そしてそれに続く失望を説明しています。 “金属3Dプリンターへの過剰な期待?から失望?そして回復” の続きを読む

金属3Dプリンタで迅速な試作

金属3Dプリンターでの試作品は年々増えております。

それは迅速な試作品を手に入れることができるからです。どの業界でも試作品の短納期化は進んでおり、通常工法では追い付かない場合に金属3Dプリンターを活用してくださります。

それでもまだ日本国内のお客様は金属3Dプリンターの技術を知らない人、または毛嫌いする人も多くそのマーケットの成長率はとてつもなく遅いです。 “金属3Dプリンタで迅速な試作” の続きを読む

部品点数を減少させるには金属3Dプリンター技術が必要です

10年後の自動車産業の変化は誰もが自動化、EV車やPHEV車が占めて行くだろうと予測しています。

そんな複雑化する自動車に進化する一方労働者は減り、多様化するニーズに大量生産の需要は減少するとも言われていますし、そうなれば部品点数が増大するとも予測できます。

労働者が減り、部品点数が多くなれば海外労働者に頼らざるを得なくなるという現実に今の内に対処するには、部品の軽量化+組み立てやすいという設計思想を考えていかなければなりません。

どのようにしたら軽量化でき、部品点数を減らすことができるのか・・・・

そのヒントはGE アビエーションにあるのではないでしょうか??

GEの設計者はこう語っています。

「かつて設計エンジニアは、工場で実際に生産可能かどうかを自問自答しながら製品設計をしていました。 しかし、このような制約はアディティブの導入によって取り払われ、かつては実現不可能と思われていた形状でも実現できるようになりました。現在、私たちの関心は製品要求に対して、最適設計を実現することに移っています」

制約から解き放たれた設計者はまさにその発想力を自由に活用し、軽量化や部品点数の削減に大きく貢献しています。

先日のGEのセミナーでも855点の部品が12点になったと話していました。

日本ではまだスタートしたばかりで今後多くの課題が待ち受けていると考えていますが、これまでのヨーロッパと米国での成果は目を見張るものがあると思います。

金型産業や部品加工産業でもそろそろ金属3Dプリンター技術を考え受け入れる必要があるのではないかと・・日々皆様に情報発信している次第です。

熟練工は減少します。金型分野・・部品加工分野でも例外ではありません。

IOT化も含め日本のお家芸 金属加工を守って行くには金属3Dプリンターの技術が必ず必要になってきます!

 

金属3Dプリンターの技術はひと段落??

2013年に金属3Dプリンターを購入して、今は2018年。

技術の進化を期待していましたが、メーカーの開発はソフトウェアだったり、大型機だったりと私どもが望んでいる技術革新は進んでいないように感じます。

私たちが望む技術革新とは、速度が格段に早くなったり、精度が向上することを指しますが、なかなか思ったような新製品は出ていません。

金属3Dプリンター周辺のソフトウェアや周辺機器の方がむしろ開発が進んでいるようです。

新たな方式の金属3Dプリンターも出始めましたが、まだ情報量も乏しく使えそうなのか使えそうに無いのかも微妙な領域です。

金属3Dプリンターの技術の成長はひと段落してしまったのでしょうか???

弊社では金属3Dプリンターを購入しお客様の試作開発のお手伝いや、金型の供給をしておりますが、それ以外に新たな金属での3Dプリントにチャレンジしております。

もちろんお客様の要望があった材質に限りですが、すでに新たな6材質で金属3Dプリントしており知見を高めております。

3Dプリンターの開発がひと段落しているのなら、私たちができることを積極的に取り組んで行こうというのが方針でして、今できること・・そしてお客様からのニーズが多いものを取り組んでいます。

残念ながら、今は材質を明らかにすることはできませんがテスト結果は上々です。

もう少し時間はかかりますが、新素材での3Dプリントも期待しててください!

さて・・

金属3Dプリンターご購入検討のお客様が増え始めた昨今・・

非常に高価で、ランニングコストもすごい金属3Dプリンターをご購入されるわけです。

フル稼働しなければ採算どころか、足を引っ張る道具となってしまうことがあります。

自社の製品がそれに当てはまるのか・・造形した方が安くできるのか?? フル稼働できるだけの量は確保できるのか?など是非検討してください。

検討の際に、参考にしたいことがあれば是非工場見学にいらしてください。

コンサルティングなんて偉そうなことはできませんが、この5年で積み上げてきた色々な経験をお話しさせていただきます。

3Dプリンターではなく、すでに4Dプリンター?

世の中のスピードが速くてついて行けない感がありますが、3Dプリンターではなくすでに4Dプリンターの実現が可能となっているようです。

と・・いいましても4Dプリンターとはなんぞや?ということですよね・・。

4Dプリンターとは材料工学やシュミレーション技術を用いて設計すると製品が環境から受ける刺激に反応してそれ自身の構造が変化する造形物が出来上がるということらしいです。

わかりにくい話ですが、今現在、私たちが手がける金属3Dプリンターでは異方性が無いように作り上げていきますが、異方性などを逆手に取り形状記憶のような造形物を作り上げることができる技術なんだそうです。

実際BMWでは4Dプリンター技術を使ったコンセプトカーを作り上げているそうです。

金属3Dプリンターの技術でアップアップしている私たちにとっては非常にハードルが高い話ではありますが、異方性を逆手に取る造形方法は確かに可能です。

しかし、それが何に使われるのが良いのかは私たちにはさっぱりわかりません。

そもそも・・まだわたし自身説明がままならないので、色々検索してみるとLive doorなどにはすでにニュース記事として書かれておりました。

http://news.livedoor.com/article/detail/9384928/

アメリカでは宇宙で故障が発生した際に、その修理に必要な部品や特殊な工具がその場で調達できるように3Dプリンターを宇宙に送り込む実験もされていますし、航空機のエンジン部品にも3Dプリンター造形品は搭載されているようです。それだけでも日本からすれば、はるかに進んだ技術ですが・・・

3Dプリンターから4Dプリンターへ・・??

時代の流れは早い・・・

 

日本で販売されている金属3Dプリンター最新情報

金属3Dプリンターの技術は25年前からスタートしていますが、今では注目されるべき技術にまで成長したことにより色々な企業が金属3Dプリンターをリリースしています。

技術の進歩が今の金属3Dブームを加速させたと言っても過言ではないでしょう。

そんな金属3Dプリンターで日本に導入された設備も含め紹介させて頂きます。

SLM方式金属3Dプリンター

EOS

eosint_m_280_1世界的に有名な会社でトップシェアを持っています。数々の特許ももっているのでパイオニアとしては十分な実力を持っています。

特徴としてはレーザーのパラメーターを標準化し、自由に触れない設計になっていますので、いつ造形しても同じ品質のものが出来上がります。

パラメーターの縛りを外すシステムはオプションになっています。

最新機種は「M290」でカメラで監視する機能が付き、造形方法の確立や姿勢による変化等がわかるようになりました。

また昨年リリースされた「M400」は最大造形サイズ400×400。1000wのレーザーを搭載しております。

Concept-Laser

conceptlaserEOSと同じドイツのメーカーになりますが、GEに買収されました。汎用性に優れ材料開発に向いている金属3Dプリンターです。

特徴はレーザーの走り方。5mm格子に切ったデーターをランダムに飛ばしレーザーを照射します。

世界最大の金属粉末積層3Dプリンターをリリースしておりその造形サイズは630×400×500。

日本ではあまり導入されていないが、注目度の高い金属3Dプリンターです。

Arcam

arcamスウェーデンのメーカーの金属3Dプリンターでしたが、GEに買収されました。

レーザーではなくビームを搭載した金属3Dプリンターです。余熱機能もあり歪みが出にくい機構になっています。

最大出力3500wなので造形スピードも最速です。また真空プロセスなので不純物が入らないのが特徴です。

価格がレーザーに比べ高いが速度が早いので十分に回収できると言われています。

チタン造形に向いているので航空機、宇宙開発等に多く使われています。

3D Systems

3DSystemsもともとはフランスのメーカーの「Phenix Systems」という会社の金属3Dプリンターでしたが3DSystemsが買収した。

特徴は粉末を敷き詰めながらローラーで押しならしていく構造です。それにより密度が高くなると言われています。

人体が金属粉末になるべく触れないように自動化されています。一昨年に日本に上陸し昨年は爆発的に販売された機種です。

金属粉末も細かいものが使われますので、造形後の面粗度品質は粉末造形機の中では最上級です。

細かい再現性に優れているので繊細な造形品はこのシステムが一番良いとされます。

SLM

SLMこちらもドイツの企業で1968年からスタートしている歴史の古い会社です。

造形範囲が他社よりも広くなっていて、複数のレーザーで同時造形できるのが特徴です。

北米などで急速に実績をあげている金属3Dプリンターになります。

最大造形範囲の設備は500×280×325となっていて最大4台のレーザーが同時に照射します。

日本でも多くの企業が導入しました。

松浦機械製作所

松浦機械製作所パナソニックの特許を使った金属3Dプリンターになります。

造形途中で工具が出てきて輪郭を仕上げてくれる画期的な金属3Dプリンターです。

日本の金型製造の新たな工法の構築に一役買っています。

日本での金属3Dプリンターパイオニア企業です。

ソディック

sodik2OPMラボラトリーが技術提供し作られた金属3Dプリンターになります。

松浦機械製作所と同じく造形中に工具が出る仕組みになっています。

金型業界の販売網を活かし金型への金属3Dプリンターの活用に力を入れています。

金属3Dプリンターの中では最安値6500万を提示。

各種展示会にも積極的に参加し金属3Dプリンターの認知に一役買っています。

LASERTEC 30 SLM

DMG森精機から発売された金属粉末焼結造形装置です。

造形可能範囲が300mm×300mm×300mmと今までの造形装置より大きく、パウダーの交換もカートリッジ方式の採用により段取りがえが早い金属3Dプリンターになります。積層ピッチも100μmと厚めに造形できることから造形スピードも従来のものより早いと思われる。

ドイツから先行販売されており、日本では2018年の予定。

 

Renishaw

あまりたくさんの情報が出てこない金属3Dプリンターですが、イギリスでは自転車のフレームをチタン64で製作した実績がある。

日本に導入実績があるとは聞いていないが、以前から噂には上がっている。

今後情報が入り次第追加記載して行きたい。

 

 

ORLASER

一度だけ日本の展示会で見かけて機種です。ドイツのメーカーでしたが、金属粉末の蒔き方が特徴的でした。

金属を溶かすパラメーターも数々保有していて、ソフトウエアも独創的だった覚えがあります。

日本での導入実績はわかなないが、価格も安めでしたので今後導入事例が増える金属3Dプリンターかも知れません。

造形品のサンプルも非常に細かくて綺麗でしたので印象としては好印象です。

 

FDM方式金属3Dプリンター

Desktop Metal

まだ日本では発売されていないが噂になっているFDM方式の金属3Dプリンター。

今まで困難とされてきた金属材料が造形出来、また材料交換はカートリッジ方式という革新的な技術が搭載されています。

脱脂、熱処理に自信を持っており、高密度で低価格な金属3Dプリンター。今まで困難だったサポート材の除去も簡単で大幅なコストダウンが見込まれる。但し、密度などには不安要素もある。2018年9月に発売予定となる。

MarkForged

間も無く発売開始とされるFDM方式の金属3Dプリンターになります。

低価格な金属3Dプリンターで、また防爆対応不要、造形中の精度測定など期待値としてはMAXです。粉末積層では出来なかった材料のラインナップを保有しており、歪みが少ない造形に自信を持っている。

造形品サンプルを見たがちゃんと金属として成り立っているので、今後の情報にはアンテナを高くしたい機種です。

アーク溶接方式金属3Dプリンター

MUTHOエンジニアリング

mutoh_23東京農工大学との共同研究により、アーク溶接を用いた金属3Dプリンタです。価格が安く3000万円。

造形スピードも速く、熱歪みの対策も施してあります。市販されている半自動溶接機のワイヤーがあればどの材質でも可能になります。

材料の強度もバルク材と同等と言われております。

 

富士通アイソテック

富士通からもアーク溶接方式の金属3Dプリンターが発売された。

造形に使う材料はワイヤー材料になるため、現状ワイヤー溶接の材料は造形できるということになります。

アーク溶接方式は金属ワイヤー先端のアーク放電により金属ワイヤーを溶融し、これを積層することによって造形するため、材料費が安く、造形時間が短いという優位性がある。

しかし精度という観点からは劣る部分もあるのが正直なところだ。

何にどう使うのかは各方式で検討する必要がある。

LMD方式金属3Dプリンター

DMG森精機

15-JIMTOF2014-LASERTEC-65-3D_RLMD方式の金属3Dプリンターです。昨年JiMTOFでは多くの人が訪れていました

従来型の金属粉末積層造形に比べ速度が20倍速く、またツールチェンジにて5軸切削加工も行えます。

扱える金属材料はまだ未知数ですが、金属粉末造形で出来ない材料でも可能になると言われています。

価格が2億とも言われていますのでしばらくは価格と精度がネックになりそう。造形サイズはφ500×350。

オークマ

オークマから発売された金属3DプリンターはLMD方式で先端のノズルはTrunp製のこだわっているという力の入れ方です。

金型業界からの注目度が高く、金型補修などにも使われていると言います。

SLM方式とは違う材料を用いて新たな付加価値の提案をしているオークマの金属3Dプリンターは注目されている。

使用金属粉末材料も実に吟味されています。マシニングだけではなく、複合旋盤にもこの技術を搭載できることからあらゆる業界へのアプローチが可能となっています。日本での導入も進んでいます。

Inss tek

insste5韓国のメーカーがリリースした金属3Dプリンターになります。Directed Energy Deposition方式を採用しています。

造形サイズがMX3という機種で1,000 X 800 X 650 と大きく、5軸テーブルを採用しているのが特徴です。

注目すべきは造形材料。SKD11,SKD61,SKD12,SUS304,SUS316,SUS420など日本でも馴染みのある材質での造形が可能とのことです。

マザック

yk_mazak_01

Directed Energy Deposition方式の金属3Dプリンターだが・・

詳細情報がまだわかりません。

 

 

バインダー方式金属3Dプリンター

リコー

情報が少ないが金属粉末材料に樹脂を吹きかけて造形するというバインダージェット方式になる。樹脂の粉末造形と同じようにサポート材が不要ということで可能性としては広がる。しかし、脱脂、熱処理での収縮が大きさによっても一定なのか?X、Y、Zの収縮率は同じなのか?という情報がまだ少ない。

Digital Metal

Digital Metal は高精度インクジェット方式3D金属プリンティング方式です。

小型部品に特化した金属3Dプリンターでサポートが不要であり、35μmの驚異の分解能、極めて高品位な面粗度(焼結後Ra6μm)を実現しているらしい・・です。

日本での導入事例はまだないそうです。

3Dプリンタを活用した軽量・高強度造形の 開発・技術動向と適用事例及び今後の展開

来週8月2日「3Dプリンタを活用した軽量・高強度造形の開発・技術動向と適用事例及び今後の展開」のセミナーを開催致します。

まずはじめに「トポロジー最適化と3Dプリンタの連携がもたらす相乗効果 ~軽量化設計プロセスと適用事例~」についてのお話をアルテアエンジニアリング㈱ 営業技術部 シニアテクニカルマネージャ 阿部 大生氏から聞けます。トポロジー最適化という言葉は最近よく聞かれるようになりましたが、設計したい空間にどのように材料を配置すれば最適な構造となるのかを提案してくれる構造最適化手法の一つです。設計初期段階から取り入れることで、大幅な軽量化や開発期間の短縮を実現します。本講演では、トポロジー最適化の活用方法のほか、トポロジー最適化テクノロジーと3Dプリンタの連携による利点や相乗効果とその適用事例をご紹介して頂けると思います。

次に㈱ファソテック CAE&AM開発センター AM開発グループマネージャー 小西 健彦様より「Markforged社製カーボンファイバー3Dプリンタによる軽量・高強度造形の開発・技術動向と適用事例及び今後の展開」についてのお話があります。私も先日展示会で見てきましたが新たな3Dプリンターとして非常に注目できる存在だと思っています。絶対に聞きたい内容になると思いますよ!この3Dプリンターは部品製造を目的に開発された、堅牢で軽量な造形をするMarkforged社の3Dプリンタです。
Additive Manufactureing普及の課題となっていた「強度・精度・コスト」を解決する連続カーボンファイバー利用の新技術と、主に、軽量化を求める分野での利用事例と革新的な低コスト・高精度(後加工不要)・大型造形を実現した超低価格(1300万円前後)のMarkforged社製金属3Dプリンタ(今年の9月出荷開始予定)についてもご紹介していただけます。

またその次に興味深い話が続きます。東京理科大学 理工学部機械工学科 准教授 松崎 亮介様より「連続炭素繊維複合材料3Dプリンタによる軽量・高強度造形の開発・技術動向と適用事例及び今後の展開」の話が聞けます。自動車・航空宇宙用構造に適用可能な高強度立体造形を目的とした「連続炭素繊維複合材料3Dプリンター」の研究開発と高強度・高剛性な連続炭素繊維で強化された樹脂系複合材料を3Dプリントできれば、3DのCADデータから構造部材ごとに成形法を変えて最少費用・最短時間の立体造形ができるため、特に多品種生産において大きな工業的効果の話になるようです。とっても興味深いお話です。

そして次に弊社のお話になるのですが金属3Dプリンターサービスビューローとしての観点から皆様にお伝えできる事は一生懸命伝えさせて頂きます。

そして最後に東京理科大学 工学部機械工学科 准教授 牛島 邦晴先生より「金属3Dプリンタを用いたマイクロラティス構造による軽量・高強度造形の開発・技術動向と適用事例及び今後の展開」についてのお話があります。マイクロラティス構造とは、3次元オープンセル構造のひとつであり、そのユニットセルの形状を適切に設計する事で、軽量かつ優れた機械的特性を部材に持たせる事が出来ます。また、その微細な形状は、近年の金属3Dプリンタ技術の発展により短時間に造形できるようになりました。本講演では本学が所有する「3D Systems社 ProX300」を用いて造形したマイクロラティス構造の品質と機械的特性評価、さらにはマイクロラティス構造の応用展開について紹介して頂けるそうです。牛島先生とは今後情報交換も含め弊社ともおつきあい下さるとの事で非常に楽しみな内容になっております。

今回は今まで実現不可能だった大幅な軽量化ニーズに挑む 第一線でご活躍の講師陣が最新動向を解説して頂けますのでこのチャンスを逃さないようにお願い致します。

このセミナーの申込に関しては「日本技術情報センター」企画・セミナー統括責任者:吉田 賢にご連絡下さい。

電話番号 03-5790-9775 

お誘い合わせの上ご来場下さい。

 

金属3Dプリンター技術底上げの活動

金属3Dプリンターっていうものを世の中のどれだけの人が知っているのでしょうか?

3Dプリンターの事は何気に知っていても金属3Dプリンターの事になると「えっ 金属もできるの?」って言われます。ごく一部の人だけが知っていてその約半分の人は間違った情報や誤解をもっています。

弊社が出来る事と言えば、金属3Dプリンターの事について皆様に知って頂く為の啓蒙活動です。展示会もその1つですが昨年からセミナー、講演といった活動も増やしています。

そんな中今年もたくさんの講演やセミナーをさせて頂きましたが、12月から2月頃までたくさんの講演の依頼を受けましたのでご報告致します。

12月8日 北海道立総合研究機構

12月15日 日本機械学会

12月20日 栃木産業技術センター

1月19日 三重県工業研究所

1月27日 山口県産業技術センター

ここではわかりやすく金属3Dプリンターの基礎から実例までお話しできたらと思っております。まずは知って頂く事。それが第一歩だと思います。

金属3Dプリンターのほうがメリットが出る物もあれば、今までの加工の方が断然優れているものがあります。それらを理解し新しい加工方法の1つとして頭の片隅に置いて頂きたいと願っております。

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金属3Dプリンターの粉末製造に関する技術動向

金属3Dプリンターの粉末について調査しているところからまとめの結果を頂きました。

弊社のようなサービスビューローでは金属粉末の安価な提供を待ち望んでいます。同時に品質の向上等にも非常に興味があるところですが・・

簡潔に言いますと、現段階では各3Dプリンターに合わせて最適化をする必要があり使用されている全ての金属3Dプリンターの性能を最大限に引き出す金属粉末は存在しないとの事です。

金属3Dプリンターでは粉を敷き詰める「リコーティング」という作業(工程)があるが、各社異なり流動性の重要度も様々であるという事です。

例えば弊社で使用する「EOS」ではピーク20μm〜30μmの粉末を使用しますが、他社の金属3Dプリンターでは自重で粉を供給するため軽すぎて駄目らしいです。

そんな些細な違いが金属粉末の標準化につながらない理由だそうです。

よってコストも下がりにくく・・品質の向上も難しいであろう・・という事なのです。

金属3Dプリンターでは金属のトレーサビリティーが難しく、今後問題にあるであろうと再三にわたって声を上げてきましたが残念ながら金属粉末の再生に関してもまた難しいとされています。

金属3Dプリンターのほんの少しの違いが粉末の開発を妨げ進化を遅らせているとはなんとも言えないお話でした。

早急な標準化と金属粉末の規格化を進めていかなければならないですね。

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3次元水管とは?

図2最近ダイカスト金型や樹脂金型の中に3次元水管を配置する技術が注目されています。

3次元水管とは、左図のように自由に水管を配置する事が出来る技術の事を指します。この技術を使った金型は成形サイクルタイムを短くする事ができます。熱溜まりがあった部分に水管を通す事が出来るようになったので均一に冷却が出来るようになったことが大きいようです。

しかし、3次元水管の設計は簡単ではないのがデメリットでもあります。本当の狙いの効果を出すまではトライ&エラーが数回かかりますが、ノウハウが溜まってしまえば後は他の金型にも応用できます。CAE解析と実評価で擦り合わせを行えばより精度が上がってきます。

金属3Dプリンターで造形できる3次元水管の径は1mm以上6mm以下が望ましいと考えております。6mmより大きい水管が欲しい場合は「長穴形状」をご提案させて頂きます。

またあまり複雑な形状の水管を入れてしまうと造形後に中の金属粉末が抜けない可能性がありますので、出来るだけシンプルに設計する事が大事になります。またダイカスト金型の場合、あまり長い水管を入れてしまうと最終的には「沸騰」した水になる可能性があります。何系統かの水管を入れる事が望ましいと思います。

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