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アディティブ・マニュファクチャリングは、企業が生産効率の向上を目指す中で、近年ますます普及している手法です。
Mordor Intelligence社によると、アディティブ・マニュファクチャリング産業は、技術革新がさらなる普及を促進し、2026年までに634億6000万ドルに成長する見込みです。
歴史的に、メーカーは部品やコンポーネントを製造するために様々な機械加工技術に依存してきましたが、一部のメーカーはこの伝統的な製造方法を超えてきました。彼らが採用した主な技術のひとつが積層造形です。
この製造形態では、さまざまな技術を利用して、材料の微細な層を組み合わせて製品を作成し、3Dプリントされた最終製品を開発します。
このプロセスでは、コンピュータ支援設計（CAD）を作成し、希望する製品のデジタル版を作成します。ソフトウェアが製品の断面レイヤーを形成し、機械が希望する材料（熱可塑性プラスチック、金属、セラミック、生化学物質など）から3D製品を作成するためのデジタル指示を提供します。このため、積層造形はしばしば3Dプリンティングと呼ばれます。
この技術が開発された当初は、ラピッドプロトタイピングと呼ばれる、製品開発の指針となる1点物の製作に、それほど高度な技術ではありませんでした。
3Dプリンティングとラピッドプロトタイピングは、技術的にはどちらも積層造形の傘下にあり、産業環境で3Dプリンティング技術を組み込む異なる技術にすぎません。この製品製造の形態をさらに詳しく見てみましょう。
積層造形プロセスの種類
製造業者は長年にわたり、製品を製造するためにさまざまな積層造形技術に多大な投資を行ってきました。こうしたさまざまな形態の積層造形には、次のようなものがあります：
材料の押し出し：熱可塑性ポリマーのスプールを加熱したノズルに通します。ノズルが印刷ステージ／表面上を移動すると、CAD設計とソフトウェアによって指示された経路に沿って、溶融ポリマーが層状に押し出されます。この方法は、積層造形法では一般に溶融積層造形法（FDM）または溶融フィラメント法（FFF）と呼ばれています。
ノズルが正確に材料を積み重ねるにつれて層が乾燥し、最終的に必要な物体や製品が形成されます。場合によっては、層の接着と乾燥を温度制御に頼らず、化学結合剤を使用することもあります。
粉末床融合：このプロセスには、粉末材料のベッドに向けられた強く集中したエネルギー源を利用するいくつかの付加製造技術が含まれます。ソフトウェアの指示に従い、強力なエネルギーが材料を溶融または焼結させ、固体製品を形成します。
粉末床溶融技術には、電子ビーム溶融（EBM）、直接金属レーザー焼結（DMLS）、選択加熱焼結（SHS）、選択レーザー焼結（SLS）などがあります。
バインダージェッティング：この積層造形プロセスには、プリンターヘッド、粉末材料、液体結合剤が含まれます。プリンターが粉末層の上を移動し、液体結合剤を製品位置に堆積させます。
プラットフォーム/ステージが上昇し、その上に別のパウダー層が敷かれ、プリンターがさらに結合剤を堆積させます。最終的に、最終製品は未使用のパウダーの中にしっかりと横たわります。
直接エネルギー蒸着：DEDは、レーザー、電子ビーム、プラズマアークを使用して材料を溶かし、造形ステージに堆積させます。これは、材料を溶接してソリッドな3Dオブジェクトを形成するのに似ていますが、より微細なレベルです。
光重合：このアディティブ・マニュファクチャリング・プロセスは、ステレオリソグラフィ、デジタル・ライト・プロセッシング、連続デジタル・ライト・プロセッシング技術で構成されています。フォトポリマーに紫外線を照射して固化させます。最も一般的なバット光重合法は、紫外線レーザーを使用して液体樹脂を硬化させるステレオリソグラフィ（SLA）です。
製造業者はミラーを利用して、フォトポリマー樹脂のさまざまな部分を選択的に露光し、連続する層を硬化させて目的の3D製品を形成します。
シートラミネーション：超音波積層造形法（UAM）と積層造形法（LOM）。前者は低エネルギー・低温の技術で、超音波溶接を利用して薄い金属層を接合し、物体を形成します。
後者は、紙と接着剤の層を交互に利用して有形物を作るもので、通常は美観を重視します。
積層造形の利点
さまざまな業界の大手製造ブランドが、さまざまな生産分野で積層造形に取り組んでいます。これは、このアイテム製造タイプが、従来の減法的製造とは大きく異なるいくつかの利点を提供するためです。これらの利点には以下が含まれます：
複雑な製品設計：積層造形技術により、メーカーは複雑な製品を簡単に作ることができます。従来の設定では、複雑な設計の部品は通常、手作業による組み立てや、部品を結合する他の方法が必要でした。
アディティブ・マニュファクチャリングは、さまざまな材料を使用して、複雑な3Dアイテムを1回のサイクルで生産する効率的な方法です。
製造時間の短縮：機械加工やその他の製造形態では、比較的単純な3D製品を作るためにさまざまな工具が必要となり、一般的に製造時間が長くなります。一方、アディティブ・マニュファクチャリングでは、1台のプリンターで一度に製品を作成できるため、製造時間が短縮されます。
さらに、積層造形では3D CADファイルがあれば工程を開始できるため、大規模で時間のかかるセットアップや金型の製作が必要な従来の製造とは異なります。
廃棄物の削減：従来の機械加工では、最終製品を形成するために、元の単一部品からかなりの量の材料が取り除かれます。しかし、積層造形では、対象物を作成するのに必要なだけの材料を使用するため、廃棄物は非常に少なくなります。
どの分野で積層造形技術が使われていますか？
さまざまな製造業の事業者が、さまざまな方法で積層造形を活用しています。例えば
医療機器メーカーは、3Dプリントを使用して、歯科インプラントのような分散性の高い製品を開発しています。さらに、コンピュータ支援設計により、特定の患者に合わせて作ることができるため、より快適な装着感が得られます。
自動車業界では、積層造形技術はラピッドプロトタイピングの域を超え、現在では丈夫で軽量な自動車部品の製造に使用されています。その結果、ハイエンドの自動車は、より軽量で強度の高いカーボンファイバー部品を手に入れ、性能を向上させることができるようになりました。
航空宇宙および防衛産業も、軽量で強度の高い部品に積層造形を使用しています。結局のところ、飛行機やシャトルは、離陸や飛行中に経験する過大な力に耐える必要があり、3Dプリントされた積層複合材部品の使用は、この特定の用途に最適なソリューションです。
より一般的なディスクリート・メーカーも、より迅速な製品開発とプロトタイピングのために積層造形技術を使用しており、最小限の実行可能製品から完全な生産に至るまでの時間を短縮しています。
この投稿で説明したように、積層造形は明らかに、メーカーの特定のニーズに応じてさまざまな使用ケースで大きなメリットをもたらす技術です。Tulip 、Formlabs Stratasysのような相手先ブランド製造業者によって使用されるプリントファーム全体で3Dプリントアイテムの生産を追跡および管理するために、当社のフロントラインオペレーションプラットフォームを 使用している多くのメーカーと協力しています。
Tulipようなプラットフォームを活用することで、3Dプリント技術を使用するメーカーは、デジタルワークフローでオペレーターを指導し、3Dプリンターで生成されたデータを接続して視覚化し、生産状況をリアルタイムで追跡し、品質問題の原因を特定して継続的な改善を推進できます。
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