金属3Dプリンターは金属加工の幅を広げる新しい技術として、ここ数年注目を集めています。
この記事では、金属3Dプリンターの活用を検討している方に向けて、金属3Dプリンターの概要から造形方式、メリット、デメリット、向いていることについてご紹介します。
パウダーベッド方式
金属3Dプリンターで最も広く活用されているのが、パウダーベッド方式です。
パウダーベッド方式とは、金属粉末にレーザーや電子ビームなどの高エネルギー熱源を照射し、溶かして固める作業を繰り返すことで積層造形を行う方式です。当社はパウダーベッド方式を採用しています。
パウダーベッド方式のメリットは再現性と寸法精度が高いことです。
デメリットとしては、金属粉末を1層ごとに敷き詰めて融解・凝固する工程を何層も繰り返すため、金属3Dプリンターの中では比較的、造形に時間がかかります。
指向性エネルギー堆積法（DED）
指向性エネルギー堆積法（DED）とは、ノズル部分から金属粉末の噴射とレーザーの照射を同時に行い、レーザーで金属粉末を溶かして固める積層造形を行う方式です。
指向性エネルギー堆積法（DED）のメリットは、パウダーベッド方式よりも造形時間が早いことです。また、パウダーベッド方式には金属粉末の除去作業がありますが、指向性エネルギー堆積法（DED）ではありません。素材の表面に異なる金属材料の積層造形が可能であり、肉盛りや被膜をすることもできます。
デメリットとしては、パウダーベッド方式に比べると造形精度は高くありません。
| 造形方式の種類 | 特徴 |
|---|---|
| パウダーベッド方式 | 再現性と寸法精度は高いが、造形時間がかかる |
| 指向性エネルギー堆積法（DED） | 造形時間は短いが、パウダーベッド方式と比較すると精度は劣る |
形状の再現性が高く、設計の自由度が広がる
金属3Dプリンターは、切削加工では刃物が入らない形状や、鋳型から取り出しができない形状など、従来の金属加工方法では製作が難しい微細な形状・複雑な形状も再現可能です。
短納期で試作品を造形できる
製品によっては、金属3Dプリンターで部品を一体化することにより、パーツの個数やかかる工程が減り、コストダウンに繋がります。新たな部品でも設計データと材料があれば、短期間で製品の造形が可能です。
品種を同時に造形可能
金属3Dプリンターは、それぞれ異なる形状の製品を同時に造形可能です。製作物の形状や材質によりますが、複雑な形をした部品を一度に多く造形できるので、部品を購入するコストと比べて費用を抑えられることもあります。
造形サイズに限りがある
形状の自由度が高い金属3Dプリンターですが、造形サイズには限りがあります。3Dプリンターの装置の中にあるテーブルサイズに納まる範囲より大きいサイズを造形することが難しいためです。また、造形方式によっては精度が劣る場合もあります。その場合は造形後に加工が必要なケースもあります。
大量生産には不向き
造形するサイズによりますが、金属3Dプリンターは大量生産にあまり向いていません。デメリット１でも触れましたが、3Dプリンターの装置の中にあるテーブルサイズによっては、大きな造形物は同時に造形できないためです。
費用対効果が出にくい
金属3Dプリンターの本体価格は従来の切削加工機に比べ高価格です。また、材料費も通常の鋼材よりも高価であり、消費電力も切削加工機よりも高いため、費用対効果を得られない場合があります。
（1）複雑な形をした金属部品の製造
金属3Dプリンターは、複雑な形状をした金属部品の製造に向いています。切削する刃物が入らない形状や、鋳型から取り出しができない形状など、従来の金属加工方法では製作が難しい複雑な形状の造形が可能です。
（2）金型や製造工具の造形
金属3Dプリンターで金型や製造工具を造形することで、量産パーツの製作や製造終了品の供給が叶います。万が一破損してしまっても、製品の3Dモデル設計データさえあれば新しく製造が可能です。また、設計データのため比較的簡単に製品を改良することも可能です。
（3）金属部品の軽量化
金属3Dプリンターでは、部品同士を一体化して造形可能です。必要な箇所のみ必要な素材を使用することで軽量化に繋がります。また、厚みや密度を変更することで、軽量化だけでなく、強度も担保することが可能になります。
（4）小ロットの製造
金属3Dプリンターでは1個単位から造形が可能です。そのため、受注生産の製品や、製造終了部品の造形、試作品の製作などに向いています。
まとめ
金属3Dプリンターは形状の再現性や作業効率化などのメリットがある一方で、 発展途上の技術のため生じるデメリットもあります。金属3Dプリンターの造形方式の特徴や、メリット・デメリットを踏まえたうえで、 金属加工の用途に適しているかどうかを検討しましょう。
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