金属3Dプリンタによる金型・部品製作の動向｜金属３Ｄプリンター受託造形サービスのことなら株式会社Ｊ・３Ｄ

当社が導入しているのはドイツEOS社の「EOSINT M280」3台と「EOSINT M290」1台。造型は恒温室にて管理し24時間造形体制を構築している。

また粉末の湿度管理、レーザーの出力検査も管理しどのタイミングでも同じ品質の金属造型品を作り上げる事が出来る。

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金属３Dプリンターを活用した金型や金属部品の依頼が増加している。

しかし、日本に限った話ではないが金型業界は価格競争が激化し、金属３Dプリンターを活用してもコスト的に見合わないというのが本音だ。

「３次元水管を配置した金型」と一時は金型業界を震撼させるような内容だったが、実際のところまだ３次元水管を配置した金型の採用は1％にも満たない。普及しない原因の１つには価格が高い。ということもあるのだろうが、実際、今現状の型技術が高い水準にある事も否めない。

しかし、３次元水管で成功をおさめている企業もある。成功事例の１つはショット数が多い金型。１秒が結果として大きくなる場合はこの３次元水管が大きく明暗を分けた。またダイカスト金型でも成功事例がいくつか存在する。交換部品の寿命向上や品質の向上が報告されている。温度が高いダイカスト金型では、３次元水管は大きな効果がでる。

金型ではSKD61やNAK55等を使用するケースが多いが、金属３Dプリンターで造型する場合「マルエージング鋼」になる。通常特殊鋼に比べマルエージング鋼は価格が高く、粉末になれば材料費だけでも３倍になる。更に造型費用を追加すれば金型費用が10倍になる事も少なくない。それだけの価格をおいそれとトライ＆エラーを繰り返す訳には行かないのである。

しかし、最近ではハイブリッド構造を用いての金型づくりが弊社では主流になりつつある。

ハイブリッド構造とは今までの材料を土台にして金属３Dプリンターでしか出来ない形状だけを積み上げる技術だが、この場合トータルコストも抑えられ、時間もかからないためトライ＆エラーをしても十分な検証をする事が出来る。

最近では急激にダイカスト金型への応用事例が増えているのはこのハイブリッド構造が使える為である。もちろん樹脂金型でも使える技術だが小さい金型の場合、ハイブリッド構造を使うだけのメリットが少ない。

EOSの金属３Dプリンターはマシニングの様な座標をもっていないため、ハイブリッド土台の材料と造型部分の位置合わせが目視による確認となってしまい、かなりの時間段取りに手間をかけなければならない。大きな金型でも小さな金型でも手間はさほど変わらないので小さな金型にはメリットが出しにくいのである。

金型の場合、ある程度の大きさがある方が望ましいが、大きすぎる金型（20万立法メートルを超える体積のもの）は造型による残留応力が大きくなり金型が歪んでしまう。

歪みが大きくなれば取り代をより多くもたせる必要が出てしまうので３Dプリンターを使うメリットがさらに減少する。

一様にこんなお話をすると３Dプリンターの活用は難しくなってしまうのだが、金型の３次元水管はある意味もう完成された技術なのだ。

今まで入れる事が出来なかった箇所に水が通れば結果は「冷える」という事なのだ。問題はそこに一歩踏み出すかどうかという事。

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金属３Dプリンターの最大の強みは、一品一様の部品を最速で作り上げるところにある。

樹脂の３Dプリンターでもそうだったように試作開発分野に於いての金属３Dプリンターの注目度は高い。

注目度と比例するかのように弊社でも試作開発案件が増えている。特に自動車関連の試作開発品は工期が重視されている事が多く、金型を作る事無くダイレクトに部品製作できると工期は１ヶ月以上短縮する事が出来るので、納期というアドバンテージが金属３Dプリンターの最大の武器なのだと確信する。

しかし、金属３Dプリンターには最大の弱点もある。

それがサポート材と言われる補助材料だ。

サポート材は同じ金属で生成するためその除去には非常に苦労を強いられる。

また、サポート材によって造型出来ない形状が出てきてしまう事も日常茶飯事なのだ。

金属３Dプリンターの基礎知識はまだまだ世の中には浸透しておらず、どんな形状でもプリント出来てしまうと思われるケースが多いが、殆どの場合このサポート材により造型不可になる。

その一例としてあげられるのがケース（箱）と言われるものだ。

３Dプリンターなら中空の箱が作れると思われるが、残念ながら出来ないのだ。箱の内部にサポート材が付いてしまえば外から取る事が出来ないので、造形不可となるのだ。このように金属３Dプリンターは制約の中で設計されたものでなければ造型できないのが現状なのだ。

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金属３Dプリンターの最新のトレンドは大型化と造型速度にあるようだが、低価格化とは反比例してしまう。

大型化や造型速度向上には熱量増加をしなければならない。熱量をあげるにはレーザーやビームの出力をあげるという事になるはずだが、出力が上がった分価格も跳ね上がる。そしてランニングコストにまで影響があるのだ。

もう１つの考え方としてレーザーの数を増やした機種である。

ドイツのSLMやEOSもこの方式を採用している。

この場合数個のレーザーが同時にかつ独立して動作する事が出来るので今のノウハウで活用する事が出来る。

しかし、この場合もランニングコストは倍になる可能性がある。

市場のニーズは金属３Dプリンターで出来上がったものがそのまま金型や部品にすぐ使える事を望んでいる。

そのニーズを汲み取っているのが日本のメーカーの金属３Dプリンターだが、造型技術はソフト面も大きく影響する。

設備だけが進化してもソフトが付いてこなければバランスが取れないのだ。

日本の金属３Dプリンターに特化したソフトが進化すれば市場ニーズに合ったプリンターが出来上がる事になると思う。

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