金属3Dプリンティングの生産性改善

July, 8, 2025, Gothenburg--自動車製造のような業界では、金属3Dプリンティングの可能性は、多くの場合、現実的な課題によって制限されている。コストが高く、生産速度が遅いため、この技術をより広範な産業用途にスケールアップすることが困難になっている。チャルマース工科大学(Chalmers University of Technology)の博士課程の学生、Rasmus Gunnerekは、これらの制限に対処し、3D プリントされた鋼材を主流製造化に役立てている。

「従来の製造と比較して、金属3Dプリンティングは比較的遅く、高価だ。私の研究は、品質を過度に損なうことなくプロセスをスピードアップする方法に焦点を当てている」(Rasmus Gunnerek)。

高速プリンティングのトレードオフを理解する
研究は、大量生産産業で一般的に使用されるスチールである鉄合金に焦点を当てている。Rasmus Gunnerek は、レーザスキャン速度、ハッチ距離、レイヤーの厚さなどの主要なプリントパラメータを調整することで、結果として生じる材料の欠陥を管理しながらビルド速度を向上させる方法を探求している。

「造形速度を上げると、多孔性などの内部欠陥が発生することがよくある。しかし、すべての欠陥が同じように有害であるわけではない。その特性を理解すれば、それに耐えられる部品を設計することができる」

同氏の調査結果は、パラメータの変更が異なれば、欠陥の種類も異なり、機械性能に異なる方法で影響を与えることを示している。たとえば、スキャン速度ではなくハッチ距離を長くすると、疲労性能がより予測可能になった。

複雑なコンポーネントの表面品質の向上
この研究のもう一つの焦点は、この形式の金属3Dプリンティングの既知の制限である表面粗さである。従来の加工方法は、3Dプリンティングで可能になる複雑な形状に苦労することがよくある。

これに対処するために、Rasmus Gunnerekは、2つの代替表面処理を評価した。流体を使用して内部表面から材料を除去する電気化学研磨と、振動と非研磨性媒体を使用して表面を滑らかにする化学機械研磨である。

「どちらの表面処理も疲労性能を大幅に向上させ、部品の疲労寿命を約2倍に延ばした。これは、鉄合金の金属3Dプリンティングの使用を効果的に補完する可能性を示している。」

3Dプリンティングの強みは、複雑で軽量なコンポーネントを作成できることにある。

より広範な産業利用の可能性
金属3Dプリンティングは、航空産業や宇宙産業などの分野ですでに使用されているが、自動車など、よりコストに敏感な分野での採用は依然として限られている。

「3Dプリンティングの強みは、複雑で軽量なコンポーネントを作成できることにある。航空宇宙業界では、わずかな軽量化でも価値がある。自動車業界では、生産速度とコストがはるかに重要になる」

有望なアプリケーションの1つは、スペアパーツのオンデマンド製造。企業は、大量の在庫を維持する代わりに、デジタルファイルを保存し、必要に応じてコンポーネントをプリントすることで、コストを節約し、環境への影響を減らすことができる。

「より高速にプリントし、性能要件を満たすことができれば、コストを削減し、大量生産に適した金属3Dプリンティングをより魅力的なものにすることができる」

産業界との連携
積層造形金属センタ(CAM2)で研究を行っているRasmus Gunnerekは、他の博士課程の学生とのコラボレーションと産業界との密接なつながりの価値を強調している。

「ユニークな環境である。われわれは常に企業から意見をもらっており、その多くが生産性とプロセスの堅牢性に関して同様の課題に直面している。助けようとしている人々とこのように密接なつながりを持つことは貴重な経験だった。」

次に来るのは?
博士課程の審査が近づくにつれ、Rasmus Gunnerekは自分の研究の次のステップについて振り返る。同氏は、自分の発見を工業生産環境に応用し、金属3Dプリンティングの広範な採用を支援する大きな可能性を見出している。

「実際のアプリケーションシナリオで生産性を向上させるための様々な戦略を実装し、そのパフォーマンスを確認したいと考えている。また、表面処理の開発を続けていくのも興味深い。われわれはそこに多くの可能性を見出しており、われわれがテストした技術を最適化し続けたいと考えている。」