Arevo 2018：連続繊維3Dプリントで産業生産を切り拓く

CWは2014年以来、Arevo（米国カリフォルニア州サンタクララ）を取材してきました。同社はポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアリルエーテルケトン（PAEK）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）などの高性能熱可塑性ポリマーの使用で知られ、3Dプリントのためのクローズドループロボット制御の開発でも先駆的役割を果たし、繊維をZ方向や3D曲線に沿って配置可能にしました。同社には新たな展開があり、レーザー加熱を用いた直接エネルギー堆積（DED）プロセスにより、生産速度が100倍に向上しました。

新CEO就任とシリーズB資金調達

Jim Miller氏が3ヶ月前にCEOとして就任。Amazon初期メンバーで、Googleでは8年間、直近では世界規模オペレーション担当VPを務めました。「若い企業のスケールアップを支援するキャリアを歩んできました」とMiller氏。「Arevoのコンポジット3Dプリントへのアプローチに興奮し、世界が複雑な構造を設計・製造する方法を、多様な用途で変える大きな機会を見ています。」

同社はシリーズBファイナンスも完了し、1,250万ドルを調達。旭硝子（AGC、日本・東京）がラウンドを主導。「世界最大の自動車ガラスメーカーです」とMiller氏。「自動車業界との良好な関係を持ち、自動車用途における新しいコンポジット技術の大きな機会を見ています。」その他の投資家にはIn-Q-Tel（米国バージニア州アーリントン）、住友商事（日本・東京）、Leslie Ventures。Miller氏によると、日本最大級のコングロマリットで石油・ガス技術のリーダーである住友商事は、建設、輸送、インフラ、エネルギーを含む産業活動全般へのArevo 3Dプリント技術適用に関心を持っています。

熱可塑性コンポジットの産業生産

「新しい製造セルは標準産業用ロボット、回転ビルドプラットフォーム、レーザー加熱を使用します」とMiller氏は説明。「このプロセスを直接エネルギー堆積（DED）と呼びます。」レーザー安全対策された製造セル内で、ロボットは独自の熱管理装置、カスタマイズされたエレクトロニクス、ビジョンシステムを備えたプリントヘッドエンドエフェクタを持ち、インシチュ検査を可能にします。「プロセスはほぼハンズフリー/ライツアウトです」とMiller氏。「これらの新しいセルで生産速度が100倍以上向上しました。」CTOのWiener Mondesir氏は「レーザーは無制限のエネルギーを提供します。これを制御し、より高速化することで産業生産レートを達成できます」と付け加えます。しかしMiller氏は「機械がどれだけ速く動けるか、どれだけ材料を堆積できるかという話ではなく、従来のコンポジットの4分の1のコストで複雑な構造コンポジットを製造しているのです」と指摘します。

「大規模熱可塑性コンポジット部品の経済的に実行可能な製造を追求しています」とMiller氏。「非伝統的なコンポジット視点からこの製造にアプローチしています。」ただしプリントヘッドには圧密機能が統合され、部品は従来のコンポジット品質要件に準拠します。「熱可塑性コンポジット部品を1%未満のボイド含有率で実現できます」とMiller氏。「Arevoはプロセスを改善し続け、近い将来に一次構造要件を満たす機械的特性を達成する予定です。」

Pathfinderソフトウェア

Miller氏が言及する「非伝統的なコンポジット視点」の一部は、Arevoのデジタル設計・プロセスソフトウェアへの投資です。「ワークフロー全体をソフトウェアに集約しました」とMiller氏。「完全な3D部品解析を行い、Additive FEA（AFEA）モジュールを用いて最適化された繊維配向を開発できます。成功の多くはソフトウェアと部品製造シミュレーションによって推進されています。コンピュータ生成設計をプロセスシミュレーションソフトウェアで実行すると、温度、プリントパス、ワープ、プリント材料の収縮、残留応力などのプロセスパラメータが表示されます。これによりプロセスを真に理解・最適化し、非常に高品質な部品を製造できます。」

製造部品特性がシミュレーション特性の5%以内に収まることは、Arevoソフトウェアの証左だとMiller氏は述べ、これは基本的に試験測定の誤差範囲レベルだと指摘。また、機械学習を独自の方法で活用していると付け加えました。

可能性の実証：世界初の3Dプリントバイク

わずか1ヶ月前、ArevoはSea Otterイベント（4月19～22日、カリフォルニア州モントレー）で、世界初と信じる3Dプリントバイクを披露。「ソフトウェアとプロセスが何を達成できるかを示すことが目標でした」とMiller氏。コロラド州の工業デザイン会社Studio Westと共同でカンチレバーバイクフレーム設計を開発。Studio Westは自転車業界でよく知られ、トップメーカーと協業しています。「最初は非常に伝統的なフレーム設計を提示されました」とMiller氏。「しかしArevoが連続繊維を新しい方法で適用できることを示したかったため、様々なイテレーションを通じて協業を継続しました。」Arevoチームはバイクフレームの剛性とフレクチャーを最適化したかっただけでなく、付加製造技術で可能な新しい美学も示したかったのです。「非常にユニークな自転車設計になりました」とMiller氏。バイクフレームは連続12KカーボントウとPEEKで製造されていますが、ナイロンも使用可能です。

自転車フレームだけがArevoのコンポジット付加製造での成果ではありません。「小規模ロボティクス企業が大型フレームロボットを構築しており、従来材料のわずかなコストで軽量化を支援しています」とMondesir氏。Arevoはインペラとプロペラ用途も強調しており、報告されるメリットには：

• オンデマンド生産による在庫コスト管理
• 金属構造対比での高効率
• 使用環境への耐性
• 従来製造では不可能な複雑形状

産業生産への道筋

Miller氏によると、2018年の第一目標は8台のDED製造セルを設置し、生産部品バックログに対応するキャパシティを構築すること。「本年から量産出荷を開始します」と断言。戦略的顧客と主要用途・製品開発でも協業中。「第三の重点は堆積プロセスの継続的な洗練で、品質と歩留まりを維持しながら速度を向上させること」とMiller氏。「異なる繊維とトウサイズでの部品実証も行います。」DEDプロセスは可変トウ形状と径に対応し、最大24Kトウまで可能。「PEKK、PAEK、PPS、ガラス繊維、アラミド連続繊維でもプリント可能です」とMiller氏。

ワイヤーと光ファイバーをプリントして多機能コンポジット構造を作ることは？「それが本質的にただの別の繊維になるだけです」とMiller氏。実証はこれまでラボレベル。「知的財産の観点から検討し、継続的なR&Dを行っています。」

「複数のトウやテープの使用も何ら妨げられません」とMiller氏。「プリントサイズに実質的な制限はありません。航空宇宙企業向けに2.5 m × 1.5 mの部品を製造中で、複数ロボットの協働も検討しています。同社はDED製造セルをモジュラー化し、仕上げなど二次加工を統合して高品質表面を生産可能にしています。プリントヘッドをあらゆる産業用ロボットに搭載できるため、既存プロセスへの統合も、完全に新しいプロセス構築も可能です。Arevoは『プリンタービジネス』にはいませんが、この適応性が機会を開きます。同社は55件の特許を取得、出願中、または出願準備中です。」

ジェネレーティブデザインについては？ Arevoはこの新しい設計・製造アプローチの実現を支援するプレーヤーと見なしていますか？「ジェネレーティブデザインは我々のやっていることとは大きく異なり、製造が困難な設計になりコストを押し上げる可能性があります」とMiller氏。「我々のアプローチは、製造最適化を最初から組み込むことです。」