メタル・パウダー・ワークスCEOジョン・バーンズ氏インタビュー：積層造形における材料革新の推進

2022年、Hubsがエンジニアリングと3Dプリントコミュニティを対象に実施した『3Dプリントトレンドレポート2022』では、参加者の44%が「新材料と複合材料」をその年のトップ開発として挙げた。一方で金属AMでは、金属粉末のAMS規格（リリース済み）はわずか16しかない。積層造形の影響力がより広い産業界に浸透し、より多くの企業がそのメリットを検討する中で、さらなるイノベーションを推し進めるための知識とツールを提供することが不可欠になっている。

バーンズ・グローバル・アドバイザーズとメタル・パウダー・ワークスのCEO、ジョン・バーンズ氏に、二つのビジネスがいかにこの分野で不可欠な変革を推進しているかを聞いた。

まずメタル・パウダー・ワークス（MPW）について。『DirectPowder Process』とは？ 金属AM市場にあったギャップを埋める発明なのか？

我々の『DirectPowder Process』は、20年にわたる製造経験を粉末生産に応用したものだと言える。

粉末生産の基礎はアトマイゼーション（霧化）であり、数世紀前からある技術だ。しかし粉末の一貫性は極めて変動が大きい。エアバス向け部品の適格性評価で使った時も、バッチごとのバラツキを吸収するため、プリンター側で毎回設定を変えなければならなかった。

我々の『DirectPowder Process』による粉末生産は、驚異的な一貫性を誇る。ある研究では、異なる2台のマシンで12ヶ月間隔で生産した2バッチの粉末で、平均粒子径の差がわずか3ミクロンだった。原料原料の変動をこれほど抑えられれば、必然的にその後の全ての変動も減らせる。ここを抑えなければ、後工程でいくら頑張ってもバラツキを叩き出すのは至難の業だ。

メタル・パウダー・ワークスはそこを見極めている。「欲しい粒子径を教えてくれ。それだけを作る」──極めて高効率なプロセスだ。例えば20〜63ミクロンの粉末が欲しければ、生産分の95%以上がそのサイズになり、プロセス損失は極めて少ない。だからこそ安価に提供できる。従来の粉末生産では珍しいことだ。

画像提供：Metal Powder Works

「アトマイゼーションを使うな」がメッセージではない。経済的規模があればアトマイゼーションは機能する。ステンレス鋼、インコネル718など、多くの人が使う材料だ。だが「AMで使える材料を増やしたい」なら、アトマイゼーションプロセスでは経済的に解決できない可能性が高い。だからこそ今日、粉末として利用可能な材料は十数種類にとどまる。

アルミニウム合金だけでも100種類以上ある。現代の航空機を見れば、十数種類のアルミニウム合金、複数のチタン合金、おそらく十数種類の鋼材が使われ、それぞれが用途に最適化されている。積層造形も同様の体制へ移行する必要がある。

2023年における材料開発の重要性は？

数十年を通じ、設計者が「重要視されない」フェーズと、製造にフォーカスするフェーズが交互に来た。突然設計が重要視されるようになり、製造が設計の追いついたため、再び設計を押し進める必要が生じた。今日、製造が追いつくのに苦労している。しかしAMのような先進製造技術により、設計者は新たなツールセットを手にしている。

我々は設計者が「車の内部をどうあるべきか」を再考できるよう支援している。この発展と共に材料がある。これらは新設計を可能にする鍵だ。

自動車業界は10年以上、材料置換を続けてきた。鋼をアルミに、アルミをプラスチックに置き換え、置き換えられるものが尽きると再設計に転じた。先進技術と積層造形により、同等以上の性能で軽量な部品設計が可能になる。

未来は全て「チーム」にかかっている。AI、自動化、ロボティクス、3Dプリントなど先進製造技術のいずれを見ても、チームが必要だ。単一分野では成し得ない。

積層造形はチームスポーツだ。設計者、構造担当、材料担当がいる。プリンターの箱の中では多くのことが同時に起きる。形状と材料を同時に創造している。原料、産業用ガス、レーザーが入り、あらゆることが起きる。チームなしでは成立しない。

3Dプリントを「生産の様々な側面を再考するレンズ」と捉える発想が好きだ。

その通りだ。3Dプリントは「一つのもの」ではなく「ものの家族」だ。ほぼ「考え方」そのものだ。

狙う最終効果によって、そこへ到達するプリンターを選ぶ。皮膚細胞をプリントするなら答えがある。コンクリートで家をプリントするなら答えがある。プラスチック部品を作るなら答えがある。

だが全ては同じ前提、「積層造形」の上に成り立っている。これは難しい。人類は太古から岩や木を削り出してきた。今、その逆、「積み上げる」発想へ転換しようとしている。それには長い時間がかかる。

全く異なるタイプのビジネス、バーンズ・グローバル・アドバイザーズ（TBGA）について、その価値を教えてほしい。

積層造形を「消化」するのを手伝うことから始めた。優秀なエンジニアチームが、航空宇宙、防衛、医療、重輸送など極めて要求の厳しい市場で豊富な経験を持つ。我々が最初に試みて失敗したことをベースに、他の人々のプロセスを合理化する。

多くの人がAMの要求事項と適格性評価で混乱している。我々にとってプロセスは常に全く同じだ。機関車でも航空機でもプロセスは同じで、強度や試験レベルが異なるだけだ。要求事項を理解することは「成功の姿を定義すること」だ。そこから逆算して支援する。

プリンター企業にも材料企業にも同じアドバイスをする。「顧客が何を必要としているか分かれば、どの問題を解決し、そこにどんな価値があるかを特定し、逆算してどう実現するかを導き出す」と。

その過程で、ワークフォース・スキル開発トレーニングを導入した。最初は『AM向け設計』コースで、AMとは何か、どこで使われるか、長所短所、各プロセスを教える。TBGAのユニークさは、チームが全AMプロセスファミリー（粉末床溶融、指向性エネルギー堆積、材料押出等）を実務レベルで経験していることだ。重要なのは「独立した視点」で、特定企業に縛られず、エンジニアとして物事を見ている点だ。

ここ数年、『メディア』と呼ぶグループを統合し、技術的知識を翻訳し市場へ発信する機能を強化した。製造業は非常に興味深い（そして騒がしい）マーケットプレイスで、商業・消費財とは異なる。

ワークフォース、メディア、コンサルティングの三位一体で調和のとれた働き方ができている。戦略プロジェクトから製品市場投入まで柔軟に対応できる。近年のサプライチェーン混乱を通じ、米国政府などがどう調整し、AMが解決策になり得るかを理解する支援も増えている。

高度に自動化されたAM技術が、人的課題の解決に役立つのか？ それが今の問いだ。AM、自動化、ロボティクスのソリューションを組み合わせ、最終要件を満たす解を作れるか？

結局、顧客が部品を入手できなければ、より良い解が必要だ。これはグローバルな問題だ。社会が断片化しているように見えても、我々は同じ苦しみを共有している。

メタル・パウダー・ワークスとバーンズ・グローバル・アドバイザーズ、二つのビジネスはかなり異なる。AM分野への貢献で共通する一点を挙げるとすれば？

一つ学んだのは「自分のアドバイスを自分で実行するのは難しい」ということだ。MPWの帽子を被っている時、私はTBGAが普段支援する「顧客」そのものだ。時々「あ、自分でアドバイスした通り、構造的に『これ』をやらなきゃ」と思う。

もう一つは「バランスの重要性」だ。TBGAで誇りに思うのは、かなりジェンダー多様なグループであること。異なる思考プロセスがあるから、顧客により良い答えを出せると信じている。これが未来の兆しであってほしい。

業界の一部であり、その構成要素であり続ける必要があると意識している。製造業をキャリアとして考える人を増やすことも推進すべきだ。技術者としても、マーケティングとしても。

特に注目している現在のAMトレンドは？

全般的に「産業化」のトレンドだ。それによりデジタルワークフローのような、今日極めて断片化している問題を解決する必要が出てくる。プロセスを全体的に捉える重要性を認識しつつある。積層造形は「形をプリントすること」だけではない。

材料の重要性も産業化に伴い高まっている。技術的課題だけでなくビジネス的課題も伴う。プリント部品が高コストなら、それ以上の働きをしなければならない。これがバリュープロポジションの側面だ。

知識の蓄積は進んでいる。かつて「完全な球状粒子がホールフローで超重要」と見られた。今ではホールフローは「より良い基準がないからの代理指標」に過ぎないと分かっている。それを認めれば「完全球状でなくていい」「球状でない方がいい」「球状は二値ではなく連続体だ」と押し戻せる。古くからの原理だ。「位置決めに極めて少ないエネルギーで済むなら、外れるのも極めて容易だ」。最適点があり、そこをキープしたい。

だからこそ産業化のピースが重要だ。生産性・コスト問題からより広いグローバルな問題まで、様々な性質の問題を解くことになる。

いずれ「エネルギー消費削減とCO2排出削減」がより多くの人々に使われる指標になることを願う。コストも重要だが。「レガシープロセスの2倍のコストでCO2を減らす」のではなく、「同コストでCO2を大幅削減」できるプロセスこそが正解のはずだ。

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バーンズ・グローバル・アドバイザーズ詳細：https://www.barnesglobaladvisors.com/

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