すでに始まっている！日本のモノづくりを変えるアディティブ・マニュファクチャリング活用（その1）ソリューション編

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近年のものづくりにおける課題

コロナウイルスが猛威を振るうなか発表された「2020年ものづくり白書（経産省）」によると、日本の総生産に占める製造業の割合は約2割と依然高い水準である。同白書では、ものづくりの課題として「企業変革力（ダイナミック・ケイパビリティ）向上の必要性」を上げており、その解決方法としてデジタル化による製造業の設計力を強化する事を提案している。設計における3Dデータの活用と合わせて課題解決策として注目を集めているのが Additive Manufacturing（アディティブ・マニュファクチャリング＝積層造形技術による製造方式、以下AM）である。

近年のAM市場を見る際に参考になるデータとして金属積層造形装置（金属3Dプリンター）の出荷台数の推移があげられる。NEDO技術戦略研究センターの発表（※）によると、その値は年を追うごとに増加している事が確認でき、2030年の造形品市場は2兆円規模である。特に近年の装置出荷台数の急速な伸びが特徴的であり、市場ニーズの高まりを感じさせる。

急速な伸びを示しているAM市場。このことは製造現場のDX（Digital Transformation、デジタルトランスフォーメーション）化と密接に関係しており継続した伸長が予想される。しかし、実際にAM活用が積極的にできていない企業が大多数という現状もある。AM活用を検討するにあたって直面している課題とは、一体どんなものなのか？そしてその課題を解決する方法を具体的に紹介しよう。

金属AM活用における課題

AM活用が急速に進む中、特に日本市場における課題について、大きく以下の2点があげられる。

1. 設計、開発に際してのテクニカルな要件が満たされるか？（精度、実現性、強度など）
2. 費用対効果・コストなどが分かりにくい

上記に代表される金属AM活用の課題を解決するソリューションを提供している企業が、三菱商事テクノス株式会社だ。
1971年の創業以来、工作機械や組立ライン、ロボット、測定・検査装置など幅広い取扱い分野を通して、ものづくりの現場での様々な課題解決・付加価値創出に貢献に尽力してきた同社では、金属3Dプリンターという新たな道具を前に、理想的な活用法を見いだせずにいる多くの日本の製造業の現状を見てきた。

そんな中、前述の課題を解決し、また、従来技術とAM技術の化学反応を実現すべく、同社では設計・造形からシミュレーションまでトータルにサポートするため、下記のような多岐に渡った独自のAMサービスを展開している。

• コンセプト・レーザー(GEアディティブ)社製金属3Dプリンター装置導入支援、販売、アフターサービス
• 材料パウダー、消耗品の在庫販売
• 部品、金型の3D設計・造形サービス
• 材料に応じた造形プログラムの開発
• AM関連ツールの販売（設計、解析ソフト、工作機械、測定機器）
• AMオリジナルツールの販売（水管クリーニング装置、流体研磨装置、パウダー保管キャビネット等）

また、同社では顧客先企業のエンジニアがAMを身近に体感し課題解決に導く方法を実際に体験できる施設、東京 CEC （Customer Experience Center、以下CEC）も開設している。

ここからは同センターでの取り組みを通じて金属AM活用における課題、課題の解決方法について紹介する。

設計、開発のテクニカルな課題を解決するソリューション

まず、金属3Dプリンターの導入にあたり、設計、開発において直面するテクニカルな課題を解決するソリューションを紹介しよう。

ソリューションのポイントとしては以下のようなものがある

1. AMに長けたエンジニアが常駐。持ち込みデータはもちろん、新規データ作成にも対応
2. 複数タイプの金属3Dプリンター設置済み
3. 持ち込み材料による積層造形についても専門エンジニアによる対応が可能

1. まず、１つ目の「AMに長けたエンジニアが常駐。持ち込みデータはもちろん、新規データ作成にも対応」について、AMの利点を最大化するノウハウを紹介しよう。
   従来実現できなかった造形を可能にするAMの特性を最大限に生かすには、AM装置で実現できる事、プロセスに関するノウハウを持っている事が必要不可欠である。同センターでは既に３D金属プリンターによる製造を行っているエンジニアが在籍していることから、持ち込みデータを基にしたAM向けデータ化も可能で、新規の設計データ作成段階からAMメリットを最大限に活用でき、課題解決につながっている。
   
   
2.  2つめの「複数タイプの金属3Dプリンター設置済み」については、AM装置の選定に役立つ。
   金属3Dプリンターには複数のタイプがあるが、設計した造形物の出力にどのタイプが適しているかを選定するには、各タイプに対する技術的知識とランニングコストも含めた運用面でのノウハウを理解することが不可欠であり、課題でもある。同センターには複数タイプの3Dプリンター実機が稼働しており機器選定プロセスにおける課題の解決につながっている。
   
   
3.  3つ目のポイントである「持ち込み材料による積層造形についても専門エンジニアによる対応が可能」という点については、材料に関する課題を解決できる。
   従来の加工（切削加工）が引く加工に対して、AM製造は足す加工と表現される。引く加工の場合は材料を引くことができるかの検討を行い、必要な加工機、刃具の選定を行うが、AM製造においては材料の足し方によってそれらを実現する。ここで課題となるのが、望む材料が金属3Dプリンターで使用できるかどうかの判断である。望む材料が金属3Dプリンターで使用できるか否かの判断には材料そのものの分析、材料に適合した金属3Dプリンターの設定が必要となるが、同センターでは材料分析から材料に応じた3D金蔵プリンターの設定、動作試験、出力まで一貫して実行できる環境があるため安心だ。

金属3Dプリンターは精密な積層造形であることから、その品質確認には精密な材料管理、製造環境、精密測定環境が必要になる。同センターはAM活用に必要なハードウェアにアクセスできるだけでなく、それらを運用するノウハウの蓄積と、専門エンジニアの在籍が大きなソリューションポイントになっている。

費用対効果・コストに関する課題を解決するソリューション

次に、費用対効果やコストに関する課題を解決するソリューションを紹介する。
このソリューションの主なポイントは下記。

1. 従来工法では実現できなかった部品への機能付加による製品の高付加価値化のサポート
2. ラピッドプロトタイピング（rapid prototyping：早急な試作品製作）実施によるリードタイムの短縮
3. 造形サービスから自社への金属3Dプリンター導入までコスト面で最適な選択が可能

1. １つ目のポイントである「従来工法では実現できなかった部品への機能付加による製品の高付加価値化のサポート」については、造形物への価値付加の実現が可能だ。
   AM製造最大の特徴ともいえる機能付加。従来工法では不可能だった部品そのものへの機能の付加がAMでは可能になるが、どのような機能を備えるか、設計でどのように具現化するかについては、設計上のノウハウと合わせ、使用する３D金属プリンターのハードウェアに関するノウハウが必要であり、この事が実行に関しての課題と言える。同センターでは、要求仕様の実現を超えた部品への機能付加のニーズを理解したＡＭエンジニアが在籍しものづくりを行っており、課題の解決に大きな力となると考える。
   
   
2. 次に、2つ目のポイントである「ラピッドプロトタイピング（早急な試作品製作）によるリードタイムの短縮」について
   製品リードタイムの最適化において注目されているラピッドプロトタイピング（早急な試作品製作）であるが、金属造形において実際に実施する場合には造形に必要な機材、運用可能なエンジニアが必要となりその環境づくりが課題である。
   同センターではそれらに必要なハードウェアとエンジニア、ノウハウにアクセスできることに加え、ワークショップやミーティングが行える環境も有しており、課題の解決につながっている。
   
   
3. 最後に、3つ目のポイントである「造形サービスから自社への金属3Dプリンター導入までコスト面で最適な選択が可能」という点については、同センターでは金属3Dプリンターの販売だけでなく造形サービスを行っていることが大きな特徴と言える。
   AM製造を行う上でコストは大きな課題である。金属3Dプリンターの購入以外にも試作生産や量産生産を委託できることはコスト面の検討において選択肢が生まれ、製造業において課題解決につながると考える。

企業のAM活用で必須になるのは、もちろん、費用対効果、コストの検討である。東京CECでは金属3Dプリンター装置の販売、アフターサービスを行うだけでなく、AM活用による製造製品への機能付加、従来実現できなかった形状の実現によるベネフィットの提案を通じ、現実的かつ実践的なソリューションを提供している。

次回は、GEアディティブ社やその他のAM適用事例をお届けします。自動車分野や航空宇宙分野など、多種な業界でのAM活適用事例を紹介予定です。お楽しみに！