金属積層造形：現代生産を形作る最先端トレンド

WFLミルターン用レーザークラッディングヘッドは、機械のB軸スピンドルに直接取り付け可能。写真提供：WFLミルターンテクノロジーズ。

積層造形（AM）は、3Dコンポーネントを層ごとに造形する技術で、進化を続けています。かつてはプラスチック部品の試作に主に用いられたツールでしたが、金属部品プリントの登場により、製造設計と生産の世界により重要な形で影響を与え始めています。要するに、この技術は従来の工作機械では困難または不可能な複雑な輪郭設計（射出金型内のコンフォーマル冷却チャネルなど）を生産できる利点があります。ジェネレーティブデザインなどの概念を適用することで、部品設計を軽量化しながら構造的完全性を維持・向上させることも可能です。

ただし、AMは機械加工を補完する技術であり、置き換えるものではありません。興味深いことに、この点を最も明確に示しているのは、減算加工設備プラットフォームに積層造形を追加する工作機械メーカーが増えていることです。

実質的にすべてのAM造形部品には何らかの後処理が必要です。これにはフライス、穴あけ、タップ、旋削、研削、研磨などが含まれます。積層と減算を1つのプラットフォームで組み合わせることで、仕掛品と積層造形部品完成に必要な設備投資を排除できます。また、AMで大型機械加工部品に小さな複雑なフィーチャーを追加したり、修理用途では摩耗部品に材料を付加してから機械加工でOEM仕様に戻したりできます。

以下の動画でこれらのアプリケーション例を紹介しています。例えば、レーザークラッディングなどのAMプロセスが、複合加工機や5軸機など様々な加工プラットフォームに追加されています。オンラインの添付動画では、WFL M80XミルターンでB軸ミリングスピンドルにレーザーヘッドを取り付け、大型コンポーネントに材料を付加する例を示しています。選択的なフィーチャーのレーザー焼入れも可能です。

マザックIntegrex i-400SAMの例では、長尺フィードスクリュー部品にフィーチャーを追加するためにAMレーザー堆積ヘッド（このモデルではビーム径の異なる3種類が利用可能）を使用していますが、これは機械のB軸ミリングスピンドルには取り付けられていません。代わりに専用のピボットユニットに取り付けられ、未使用レーザーヘッドはマシニングセンタのATCカルーセルのようにワークゾーン外に格納されます。

別の動画では修理作業の例を紹介。5軸トータイAMH-630が、機械のミリングスピンドルに装着したAMレーザークラッディングヘッドで、タービンブレードの摩耗した先端にインコネル718を堆積し、その後機械加工でOEM指定の輪郭形状を残しています。

これらのハイブリッドアプリケーション向けソフトウェアもハードウェアと同様に進化しています。これは、オートデスクFusion 360とPowerMillソフトウェアを用いたマザックVariaxis J-600/5XAMハイブリッドマシンでのインコネル625ブリスク生産を示す動画で実証されています。セコ・ツールズの超硬とセラミック工具を使用。大きなビレットから材料を削り出してブリスクを作るのではなく、ワークはハブから始まり、ブレードが積層造形で成長し、その後形状とサイズに合わせて機械加工されます。

では、積層造形機能付きマルチタスキングマシンをどうプログラミングするのか？ 長いが有益な動画で、AMでブレードを作成しその後仕上げ加工する回転部品のプログラミングプロセスを、シーメンスNX CAMを用いてステップバイステップで解説しています。

複雑な機械加工に不可欠なオフラインシミュレーションはどうでしょう？ CGTechのVericut積層造形モジュールは、同じNCコードを用いてハイブリッドマシンの積層造形と従来の機械加工（フライスや旋削）能力をシミュレートします。レーザーパラメータ、レーザーワット数、キャリアガス流量、ジョブと材料タイプごとの金属粉末を読み取り、積層造形中の機械と積層部品間の衝突を検知します。これは別の動画で説明されています。

もちろん、他の様々なマシンプラットフォームにAMヘッドを追加する機会もあります。例えば、3D Hybrid Solutionsは、レーザー粉末溶融、アークワイヤー溶融、高速コールドスプレー金属粉末など、様々な堆積方法による金属3Dプリント用アドオンヘッドを供可能です。このアイデアは米海兵隊にも承認されているようです（詳細はこちらのストーリー）。

金属AMはあなたのレーダーに入っていますか？ それとも、ショップで3Dプラスチックプリンターを試作、治具、固定具などに使用していますか？ dkorn@productionmachining.comまでメールでお知らせください。