ワイヤーアーク積層造形（WAAM）：大規模メタル3Dプリントの2020年ガイド

ワイヤーアーク積層造形（WAAM）は、航空宇宙、海洋、エネルギー分野で大型高強度パーツの製造を可能にする新興メタル3Dプリント技術です。粉末ベースシステムほど知られていませんが、WAAMはスケール、コスト、材料汎用性で明確な優位性を持ちます。

WAAMの仕組み

WAAMは、電気アークで連続メタルワイヤーを溶融させる直接エネルギー堆積プロセスです。ロボットアームが溶融ワイヤーをベースプレートに供給し、パーツを層ごとに構築します。堆積された金属はビードとして凝固し、互いに融合して各層を形成します。

溶接ベースのプロセスであるため、WAAMは溶接可能なあらゆるワイヤー形状の金属—ステンレス鋼、ニッケル基合金、チタン、アルミニウムなど—で動作可能です。

WAAMのメリット

• 大規模生産 – ロボットアームのリーチがパーツ寸法を制限し、粉末ベッドサイズではありません。WAAMは数メートル長のコンポーネントを作成可能—ほとんどの粉末床融解マシンを超える偉業です。
• 低材料・設備コスト – ワイヤー原料はメタル粉末よりはるかに安価で、WAAMハードウェアは多くの場合市販の溶接装置を使用します。
• 高密度・高機械的強度 – 100%高密度入力ワイヤーが、最小限の気孔率で従来製造品と同等の性能を持つパーツを生み出します。
• 修理・メンテナンス – WAAMはタービンブレード、金型、ダイスの摩耗形状を再構築でき、完全交換の必要性を減らします。

制限事項

• 残留応力と歪み – 高温が応力を誘発しパーツを変形させる可能性があり、アクティブ冷却や後処理がしばしば必要。
• シールド要件 – チタンなどの合金は不活性ガス雰囲気が必要で、パーツサイズを制限しコストを増加させます。
• 表面仕上げ – WAAMはニアネットシェイプパーツを生成し、通常最終公差には機械加工が必要です。

主要プレイヤーと成功事例

WAAM3D

2018年設立のWAAM3Dは、Cranfield大学のIPを商業化し、ソフトウェア、ハードウェア、材料、サービスのサプライチェーンギャップを解決。ポートフォリオには、BAE Systemsのユーロファイター・タイフーン向け2.5m×1.5mチタン後部フレーム、Thales Alenia Space向け1mチタン圧力容器（単位あたり200kg以上の軽量化とリードタイムを数ヶ月から数日へ短縮）が含まれます。

AML3D

元Cranfield学生Andrew Sales氏により2014年設立のAML3Dは、海洋船舶向けWAAM製ステンレス鋼摩耗リングを提供。2019年にロイドレジスター認証を取得し、パーツリードタイムを6〜8週間から数日へ短縮、迅速な入港修理を可能に。シンガポール生産施設の開業を計画し、地域海運ハブへのサービスを目指します。

Ramlab（ロッテルダム港）

RamlabのWAAMpeller—ニッケルアルミニウム青銅298層—は400kgで7ヶ月で完了、大型海洋コンポーネントへのWAAMの可能性を実証。同ラボはHuisman Equipment向け36,000kgのオフショアクレーンフックも3Dプリントし、生産を9ヶ月から2ヶ月へ加速させました。

MX3D

MX3Dは鋼鉄橋でWAAMを先駆け、後にアルミニウム自転車フレームを24時間以内でプリントし、高いビルド速度とジェネレーティブデザイン統合を示しました。

Gefertec

Gefertecの3DMP®システムは最大3m³、3,000kgのパーツ製造が可能。ハイブリッド3軸セットアップでプリント直後の機械加工を即座に実行可能。Gefertecは従来9ヶ月のサプライチェーンだった機関車車輪セットベアリングカバーを2ヶ月でプリントし、WAAMの迅速試作能力を実証しました。

結論

大型複雑メタルコンポーネントへの需要が高まる中、WAAMのスケール、コスト効率、材料性能のユニークな組み合わせが、従来製造と他のアディティブ技術への実行可能な代替手段としての地位を確立しています。