Ian Campbell教授インタビュー：Loughborough大学で切り拓くアディティブ製造向け設計

Loughborough大学のリーダー研究者、Ian Campbell教授は、Design for Additive Manufacturing（DAM）プログラムで複雑パーツの概念化と生産のあり方を再定義しています。40以上の査読付き論文を持ち、Rapid Prototyping Journalの編集者を務め、2014年からWohlers Associatesのコンサルタントを務めています。

このインタビューでは、アディティブ製造（AM）の進化、自動化の役割、マスカスタマイゼーションとハイブリッド生産の可能性を探ります。

Q: 最初にAMに関わったきっかけは？

1993年、Warwick大学の修士課程でステレオリソグラフィがまだ新興技術だった頃に始めました。同年Nottingham大学に移り、キャンパスのステレオリソグラフィマシンにアクセスし、設計とラピッドプロトタイピングの関係を博士論文で追究しました。

私の前提は、ラピッドプロトタイピングが本格的生産プロセスへ進化するというものでした—1990年代にはほとんど誰も想像できなかったビジョンです。それが真なら、設計者はそのための設計方法を学ぶ必要があります。それが私の博士研究の核心になりました。

Q: 皮肉にも今日、アディティブ製造向け設計は巨大な話題です。どこまで進み、何が必要？

進展は均質ではありません。航空宇宙など特定企業はすでに、軽量化、複雑内部ジオメトリ、トポロジー最適化でAMの強みを活用しています。しかし、多くの設計者はAMの能力を深く理解せず、ワークフローをAM中心に再考する機会を得ていません。

設計コミュニティ全体に顕著な知識ギャップがあります。新卒者はAMを含む教育を受け始めていますが、ベテランプロフェッショナルは技術に触れ、そのメリットを解き放つ必要があります。

このギャップは、最近立ち上げた新修士プログラムの主要焦点で、学生に理論知識と実践経験の両方を提供します。

Q: 5年後のアディティブ製造向け設計はどうなる？

5年後、AMが実行可能な生産ルートとしてより広く認識され、設計-for-AM原則の広範な採用が進むと予想されます—特に技術を初日から学ぶ次世代設計者において。

設計自動化の急増も期待されます。トポロジー最適化ツールはすでに存在し、新興ソフトウェアが格子構造を自動生成し、手動ジオメトリ作成のボトルネックを解消します。より豊かな自動化ツールエコシステムが、AMのポテンシャルを完全に活用するために不可欠になります。

究極的には、包括的な自動化設計ツールスイートが、コンセプトから完成パーツまでワークフロー全体を効率化するでしょう。

Q: 自動化はAMのキートレンドです。AM向け自動化はどう進化する？

現在のAMプロセスは依然として手作業に大きく依存しています。自動化はパーツ配置最適化、ビルドタイム予測、配向ベースの表面仕上げシミュレーションを可能にします。将来システムはクローズドループフィードバックを備え、ビルド中にパラメータを自動調整し品質を向上させるでしょう。

最近のソフトウェアでは、設計者が接触点、荷重など重要制約を入力すると、CADシステムが自律的にジオメトリを成長させ、材料を除去する従来のトポロジー最適化を補完します。

アイデーションから後処理まで、バリューチェーン全体に自動化を拡張する大きな機会があります。

Q: 自動車業界向けカスタマイゼーション研究プロジェクトを主導されていますね。詳細を？

ルーマニアのサプライヤーと提携し、自動車用途のカスタマイズコンポーネントを探求。パイロットスタディで、機能的カスタマイゼーション（運転スタイル向けサスペンションチューニング等）と美的カスタマイゼーション（人間工学ハンドル、ダッシュボード形状等）を検証。

Q: パイロットスタディで何を達成したい？

メーカーが標準パーツを供給し、エンドユーザーがパラメータを調整して共創製品を生み出せるマスカスタマイゼーションツールキットを開発することが目標です。インターフェース設計、パラメータ制限、消費者が知覚する付加価値を調査しています。

設計プロセスをシフトさせ、メーカーがベースまたは未完成設計を提供し、顧客が最終決定する—a way that fosters user engagement and product ownership.

Q: この「共創」が3Dプリントでより一般的になると見る？

共創は限定的な形で既に存在します—例えばMiniの製品カスタマイズオプション。しかし、完全にカスタマイズ可能な機能パーツはまだ稀です。メーカーが安全性、機能性、コスト効率を確保しなければならないためです。このギャップを埋めるには継続的研究が必要です。

自動車のような分野では、ユーザーがパーツ形状を変更できるようにするには厳格な検証が必要。一部企業は限定的なバリエーションにオープンですが、他社はカスタマイゼーションを完全に制限するかもしれません。

手のサイズに合わせたヘアドライヤーハンドルのようなカスタマイズ可能なエルゴノミクスは、情緒的愛着を深め、より長い製品寿命を促し、持続可能な設計目標と整合します。

Q: Loughborough大学が「ハイブリッドおよびマルチシステムAM」を先導しています。これは何を意味する？

ハイブリッド製造は、単一マシン内でアディティブとサブトラクティブプロセスを融合します。Loughboroughではメタルとポリマー両システムを探求しています。

Q: メタルシステムでハイブリッド製造アプローチはどう機能する？

MatsuuraやDMG Moriなどが、堆積で材料を追加し、その後CNCフライスツールに切り替えて仕上げるマシンを提供。このサイクルを必要に応じて繰り返せ、追加加工ステップなしで精密な内外面を実現。

ハイブリッドメタルAMはワンストップ生産をサポート：単一マシンにCADファイルを投入し、完成パーツを出力。航空宇宙では、コンポーネント削減、組立コスト低減、燃費向上につながる重量削減を意味します。

Q: ポリマーのハイブリッド製造プロセスはかなり違う？

原理は同じ—堆積後に加工—butポリマープロセスはより低温で動作。幾何学的自由度と高精度、日常製品向けコスト効率を両立させることが目標です。

Q: Loughborough大学で控える他の研究プロジェクトは？

複合材料のアディティブ製造へ拡大し、繊維配向制御で強度、剛性、軽量化を強化。複数の国際パートナーが関与しています。

Q: Loughborough大学の新修士プログラムについてもう少し教えて？

1年3学期のDesign for Additive Manufactureプログラムで、学生をAM基礎、高度CADツール、実践プロジェクトに没入させます。カリキュラムにはトポロジー最適化、ボクセルモデリング、スクラッチから製品を再設計/創出するキャップストーンプロジェクトが含まれます。

Q: 最後に、最もワクワクするAMの次のトレンドは？

エキサイティングな発展の一つはAMマシンのスケールです。ビルドボリュームが半メートル立方を超えて成長するにつれ、建築ファサードから大型航空機コンポーネントまで応用が広がっています。このスケーラビリティが新たな設計可能性を解き放ちます。

メタマテリアル—自然界にない特性を持つよう設計された材料—もフロンティアです。複雑なジオメトリで、圧縮時に横方向に拡張するオーゼティック構造や、熱勾配に予測可能に応答するパーツを創出可能。4Dプリントでは、熱など刺激による形状変化で、宇宙やコンシューマー製品向け適応型コンポーネントが可能になるかもしれません。

Loughborough大学アディティブ製造研究グループ（AMRG）の詳細はこちら。 Loughborough大学のRichard Buswell博士への最近のインタビューもご覧ください。