純国産金属3Dプリンタ技術体系の確立へ

2021-12-30
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純国産の金属3Dプリンタ技術体系の確立へ国内メーカー3社および近畿大学が共同研究を開始

島津製作所の子会社である島津産機システムズ、国内3Dプリンタメーカー Slab（以下エス.ラボ）、第一セラモ、近畿大学は共同で、「MEX方式（材料押出積層法、Material EXtrusion）の金属3Dプリンタによる金属・セラミックス部品の開発技術の革新」を目的にした共同研究に取り組むことを発表。エス.ラボは、金属・セラミックスを含むペレット樹脂を直接装置に投入し造形可能なペレット式3Dプリンタ「GEM200DG」を発表した。

金属3Dプリンタ業界では、海外製の装置・原材料が多く流通しているため、導入・利用コストが高い。アフターサービスが十分ではない。日本メーカーの需要に即した製品が少ない。といった課題がある。本共同研究では、国内メーカーと大学がそれぞれの専門性を持ち寄ることで、様々な優位性を持つ「MEX方式の純国産化」を目的としている。

金属・セラミックスを含むペレット樹脂に対応したペレット式3Dプリンタ「GEM200DG」

製造業では2000年以降に3Dプリンタの活用が広がってきた。当初の材料は扱いやすい樹脂だけだったが、近年では金属材料の加工も可能になっている。現在、金属3Dプリンタを製造するメーカーの多くは、敷き詰めた金属粉末をレーザーで溶かしながら造形する「PBF方式（粉末床融解結合方式＝Powder Bed Fusion）」を採用している。一方、樹脂で主流の「MEX方式」を金属3Dプリンタでも採用する動きが出ている。その場合、金属粉末を混ぜた樹脂材料を熱で溶かしながら造形した後に樹脂を除き金属焼結体（造形物）を得るようになるが、この方式は設備がシンプルで、造形が速く、大きな造形物にも対応できるため、試作品だけでなく実部品の製造にも適している。さらに本共同研究では、有機溶剤を用いない方法の実現を目指しており、「環境に配慮した金属3Dプリンタ」の普及につなげたいと考えている。

島津産機システムズの小型真空脱脂焼結炉「VHS-CUBE」

4者が実現を目指す金属3Dプリンタの加工工程では、第一セラモの3Dプリンタ用コンパウンド材料（ペレット状）を、エス.ラボの金属3Dプリンタ「GEM200DG」で造形して、島津産機システムズの小型真空脱脂焼結炉「VHS-CUBE」で焼結する。共同研究では、各者の拠点に装置・部材を置いて効率的に研究を進め、材料ごとの最適な処理条件の探求や金属3Dプリンタシステムの改良に取り組み、専門知識がなくても容易に金属3D造形品を生産できるノウハウを確立するとしている。なお、金属3Dプリンタ技術の権威である近畿大学次世代基盤技術研究所の京極秀樹特任教授が研究全体の評価・指導に当たる。

島津製作所は、AIやロボティクス技術を含むインフォマティクス（情報科学）の研究開発に力を入れており、マテリアルズ・インフォマティクス（情報科学を用いた効率的な新材料の探索・研究開発＝MI）やプロセス・インフォマティクス（MIによる探索で得た新材料の製造法の探索・最適化＝PI）を金属3Dプリンタ関連の研究開発に用いて、製造業や研究機関による画期的な新材料の開発業務を支援するとしている。