工作機械産業

　筆者はいくつかある金属積層造形（ＡＭ）の方式のうち、ワイヤ材料を用いた指向性エネルギー堆積法（ＤＥＤ）方式に関する研究に取り組んでいる。このプロセスを用いた複雑形状の造形や、異種金属積層のための造形技術の確立を目指している。また、切削加工との複合加工による加工能率の向上や材料の無駄の削減を実現するため、工程設計を支援するシステムを開発している。ここでは、これらの研究開発について紹介する。

加工経路・条件を制御／複雑形状の造形実現

【写真１】アーク溶接を応用した金属積層造形

　積層造形にはさまざまな方式があり、材料や用途、要求される仕様などに応じて使い分けられている。国際標準化機構（ＩＳＯ）や米国試験材料協会（ＡＳＴＭ）で定められる方式のうち、金属材料が使用可能な方式はいくつかある。現在広く用いられているのは、粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）、次いでＤＥＤである。

　ＤＥＤはＰＢＦと比較すると製造可能な造形サイズが大きいため、大型製品や金型の造形・補修などに用いられる。ＤＥＤは肉盛り溶接の応用で、材料を３次元（３Ｄ）的に堆積させる方式であり、材料の種類（粉末、ワイヤ）や熱源の種類によって分類される。

　筆者らの研究グループでは主にワイヤ材料を用いた方式を研究対象としている。一つはアーク放電により溶融・堆積させる「ＤＥＤ－Ａｒｃ＝写真１」。もう一つはレーザー熱源を用いる「ＤＥＤ－Ｌａｓｅｒ」である。ワイヤ材料は粉体材料と比較すると材料の種類に制限があるものの、コストが低いことや、活性の高いチタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを扱いやすいというメリットがある。

　ＤＥＤ－Ａｒｃは溶接装置と産業用ロボットから構成されることもあり、多くの製造業がすでに保有している設備で実現可能というメリットがある。

【写真２】ラティス構造

　一方、ＤＥＤ－Ｌａｓｅｒは入熱が比較的小さいことから精密な造形が可能だ。ＰＢＦと比較すると高精細かつ複雑な形状を造形することは原理上難しいが、造形するための加工経路や加工条件を制御することにより、ラティス（格子）構造などのある程度複雑な形状の造形もできる（写真２）。

　このような形状はＡＭ以外の製造方法では加工が難しいため、建設用部材など比較的大型な製品への適用が期待される。複雑形状の造形のためには加工経路の計画や条件設定、加工中のパラメーター調整が重要であることから、基礎原理の解明による制御システムの構築に取り組んでいる。

異種金属積層／製品の高機能化に寄与

　ＤＥＤを金属製品の製造プロセスに適用する大きなメリットの一つに、複数種類の金属材料を用いて一体形状を造形する「異種金属積層」が挙げられる。複数の材料を局所的に切り替えながら堆積させたり、金属が溶融した際に投入する材料の比率を変えることで造形物の成分組成をコントロールしたりすることができる。

　例として、伝熱性が高い銅合金と、伝熱性が低いが強度が高いステンレス鋼を組み合わせた造形が挙げられる。適切に銅合金を配置することで、冷却や加熱して使用される製品の熱の伝わり方を制御できる。また、振動や変形をコントロールできることが明らかになってきている。筆者らは造形可能な金属材料の組み合わせの調査や新たな造形方法の検討、造形物の材料特性の基礎調査などを行い、異種金属積層による製品の高機能化を目指している。

工程設計サポートシステム／ＡＭと除去加工の最適な組み合わせ提案

　ＡＭを機械部品に適用する場合、高い精度が求められる箇所は切削などの除去加工により、後処理が必要となる。また、ＤＥＤは円筒形状やブロック材など母材の形状を自由に選定することができる。このことから、目標形状に対して”足し算”であるＡＭと、”引き算”である除去加工を最適に組み合わせることで、加工能率の向上や材料の無駄の削減が期待される。

　しかし、作業者がさまざまな制約を考慮しつつ最適なＡＭと除去加工の工程を計画するのは困難である。そこで、工程をシミュレーションし、加工時間や加工可能な工程を見いだして、工程設計プロセスをサポートするシステムの開発を行っている。また、加工プロセス中の熱が製品に与える影響なども実験的に調査し、システムへ反映させている。

ＡＭ　ＥＸＰＯ東京

　日本ＡＭ協会が主催の「ＡＭ　ＥＸＰＯ東京」が、４月１６日から１８日までの３日間、東京ビッグサイト（東京都江東区）で行われる。開場時間は１０時から１７時まで。同展は２０２４年６月に自動車・航空機部品製造の集積地である名古屋で初開催された。

　日本金型工業会が主催の「ＩＮＴＥＲＭＯＬＤ　２０２５（第３６回金型加工技術展）」「金型展２０２５」と、日本金属プレス工業協会が主催の「金属プレス加工技術展２０２５」と同時開催。金型や部品の長寿命化、高精度化などに寄与する金属・樹脂３ＤプリンティングやＡＭ技術が紹介される。

フォームネクスト　アジア　東京　フォーラム２０２５

　９月２５、２６の両日、東京都立産業貿易センター浜松町館（東京都港区）で「フォームネクスト　アジア　東京　フォーラム２０２５」が開催される。主催はメッセフランクフルトジャパン。開場時間は１０時から１７時まで。ＡＭ技術やその前工程・後工程に関わる技術、工業用３Ｄプリンターなどが集まる。

　同展はドイツ・フランクフルトで毎年行われる「フォームネクスト」の姉妹イベントとして１９年に初開催され、今年で６回目（前回展までは「フォームネクスト　フォーラム　東京」の名前で開催）。ブース展示のほか、業界のパイオニアが登壇する主催者特別セミナーや、出展者プレゼンテーションなどを無料で行い、ＡＭ業界の最新情報を発信する。

　出展申込締切は４月２５日。