積層造形 vs 減法製造：生産の未来を切り拓く

積層造形（3Dプリントなど）の採用が拡大し、特に航空宇宙などのハイテク産業で注目される中、Spatialのプロダクトマネジメントディレクター、Ray Bagley氏に話を聞き、この魅力的なトレンドへの理解を深めます。

このインタビューでは、Ray氏が数十年間製造プロセスの主流だった減法製造と積層造形の違い、後者が提供する新しいメリットと課題について考察します。

インタビュアー： まず、積層造形と減法製造の主な違いを明確にしましょう

Ray Bagley： 減法製造では、材料の塊から始めて、最終形状に達するまで少しずつ材料を除去します。除去はフライス、旋削、穴あけ、放電、研削、またはハンマーとノミで行えます。

積層造形では、何もないところから始め、最終形状に達するまで、望む場所にのみ材料を少しずつ追加します。さまざまな積層技術がありますが、通常、単一のマシンはそれらのうち1つだけを使用します。

減法製造の例

インタビュアー： 具体的な減法製造の例を挙げていただけますか？

Ray Bagley： 減法製造の最も一般的な例はマシニングです。CNCフライス盤には回転工具があり、金属を削ります。CNC（Computer Numerical Controlの略）により、コンピュータでプログラム可能になり、複雑な形状を繰り返し作成できます。フライス加工が最も一般的な減法操作です。

旋盤を使用した旋削（ワークを回転させて固定刃物で削る）は、減法製造の第2に一般的な形態です。放電加工と研削は少量の材料除去に使用されます。減法には多くのアプローチと方法がありますが、フライスと旋削が最も一般的です。

積層造形のメリット

インタビュアー： 減法製造にはない、積層造形が提供する主要なメリットは何ですか？

Ray Bagley： 減法製造では、「空気」がコストになります。つまり、元の材料からどこを除去するかに関わらず、サイクルタイムがかかり、したがってコストがかかります。

複雑さは除去可能なものに限定され、あらゆる減法方法の組み合わせでは作れない形状を設計するのは非常に簡単です。

積層造形では、複雑さ（と空間）は無料ですが、材料が高価です。有機的な形状、内部通路、格子構造など、プリントに適しているがマシニングでは不可能な形状が多数あります。

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インタビュアー： それぞれどのような状況で使用するのが適切ですか？

Ray Bagley： 積層造形は、材料と総体積の比率が低い疎な設計（格子やスケルトンなど）や、非常に複雑でマシニングが困難または不可能な形状に最適です。

減法製造は、ストックから除去する材料量が比較的少ない場合に適しています。いくつかの穴や特徴を持つブロックは、プリントよりもマシニングの方が通常はるかに安価です。

積層造形の課題

インタビュアー： 積層造形がより広く使用されるために克服すべき障壁は何ですか？

Ray Bagley： 予測可能性と制御です。

予測可能性

今日、3Dプリンタを購入して部品を確実にプリントし始めるのは困難です。プリント用に部品を正しく準備し、サポートを適用し、重大な欠陥なくプリント成功し、後処理を最小限に抑え、結果の物理的特性を制御する方法を学ぶ必要があります。

ほとんどの人は、新しい設計を確実にプリントできるようになるまで、大量の実験や失敗プリントを経験します。この専門知識のより多くをソフトウェアに組み込むべきです。それにより、新しいマシンやプロセスで生産的な使用に到達するまでの時間を短縮し、確立されたマシンの生産性を向上させられます。

材料制御

プロセスと材料制御ももう一つの課題です。Ti-6Al-4Vチタンのブロックを購入してマシニングすれば、高い信頼性でその材料の機械的特性を予測できます。

しかし、同じ材料を粉末で購入してプリントすると、プリント中の複数の溶融サイクル、気孔などを考慮すると、最終的な材料特性は劇的に不確実になります。

これらすべてのプロセス効果を材料特性に関して特性評価し、標準化することが、積層造形を製造の主流に導く鍵です。