リトズCEOヨハネス・ホーマ博士インタビュー：セラミックス3Dプリントの未来

セラミックス3Dプリントはまだ比較的新しい積層造形技術だ。しかしその新しさにもかかわらず、医療・歯科から航空宇宙、ラグジュアリー商品まで多くの業界へ浸透しつつある。

画像提供：リトズCEOヨハネス・ホーマ博士

現在、セラミックス向け3Dプリント技術を開発している企業はわずかしかない。その一つがオーストリアのメーカー、リトズだ。リトズの創業者兼CEO、ヨハネス・ホーマ博士に、セラミックス3Dプリントの現状、エキサイティングな応用例、デジタル製造技術としての3Dプリントのメリットを聞いた。

リトズと貴社のミッションについて教えてください。

リトズは高性能セラミックスの3Dプリントにおけるテクノロジープロバイダーだ。つまり、セラミックス3Dプリントのためのマシン、ソフトウェア、材料を開発・販売している。この分野では明確に世界市場・技術のリーダーだ。技術開発に加え、アプリケーション開発の面でも顧客をサポートしている。AMコミュニティもセラミックス業界も、セラミックス3Dプリントには慣れていなかった。両側を最大限サポートしている。

リトズ設立の経緯を教えてください。

技術はウィーン工科大学で2006年、歯科企業イボクラー・ビバデント社との共同研究で開発された。2010年、ブレークスルーを達成した：従来の成形技術と同等の材料特性でセラミックスを3Dプリントできるようになった。このマイルストーンが、高性能セラミックス3Dプリント企業としてリトズをスピンアウトさせるきっかけとなった。

リトズが開発した技術について詳しく教えてください。

画像提供：リトズ CeraFab S65マシン

我々の技術は光重合プロセスに基づく。従来のステレオリソグラフィーと非常に似ている。違いは、光感性樹脂にセラミックス粒子を分散させている点だ。プリントプロセスでは、この複合材料が光で層ごとに固化される。プリンターから出てくる部品は「グリーンボディ」と呼ばれ、まだ完成品ではない。グリーンボディは専用炉での熱処理を経なければならない。専門用語で「脱脂と焼結」を行い、セラミックス部品としての所望特性を達成する。脱脂ではバインダーを燃やし飛ばし、その後セラミックスを全密度まで焼結する。部品は収縮するが、これはセラミックス成形プロセスでは正常な現象だ。

貴社技術で達成されたアプリケーション例を教えてください。

画像提供：リトズセラミックス3Dプリント技術で製造された医療製品

三つの異なる業界で活動している。第一は医療だ。吸収性・非吸収性インプラントと医療デバイスがある。例えば吸収性インプラントは2017年から使用されている。非吸収性インプラントは生体不活性で、人体と反応しない。またセラミックスの熱伝導率は低いため、金属インプラントと異なり、直射日光や熱いシャワーで患者が痛みを感じないというメリットがある。第三の医療用途は医療デバイスで、セラミックスの絶縁性・非磁性を活かす。セラミックスは生体不活性でアレルギー反応を誘発しない（金属やプラスチックでは起こり得る）ため、医療業界に理想的だ。第二の注力分野はタービンブレード用鋳造コアだ。タービンブレードには運転中にブレードを冷やす内部冷却系がある。効率向上のため温度を上げるトレンドが進む中、冷却系設計はより高度になり、射出成形では製造不能になりつつある。積層造形がこれらコアの製造に理想的な解だ。第三はテクニカルセラミックス。衛星部品（ミラーホルダー、高周波コンポーネント）から、繊維機械・半導体製造装置用部品など機械工学パーツまで、先進セラミックス材料があらゆる場面で使われている。つまりラグジュアリー商品を含め、幅広い用途がある。

この技術は金属にも適用可能か？

素晴らしい質問だ。我々の哲学は「粉末に技術を適応させる」であって、その逆ではない。だから金属にも技術を適応できた。非常に成功し、スピンアウト企業まで作った。今、インクス（Incus）という会社が、光重合アプローチで金属3Dプリントを行っている。この技術で高解像度、良好な機械的特性、高精度を達成し、金属射出成形（MIM）品と同等のパーツが作れる。

セラミックス3Dプリントの現状、技術理解のレベルはどうなっているか？

セラミックス3Dプリントは3Dプリントの中で最も若い技術の一つなので、ナレッジベースはまだ十分に発達していない。ただ、まさに今日、ある顧客からメールが来た。彼らのCレベル幹部との会議で、「自社でのセラミックス3Dプリント部品のポテンシャルが、金属部品より大きい」と驚かれたそうだ。

多くのアプリケーションがあるが、セラミックスAMは3Dプリント業界ではまだ十分知られていない。これは変わりつつある。プラスチックと金属には限界があり、それがセラミックスで克服できることを人々が見始めている。

セラミックス3Dプリントや3Dプリント全般の可能性を探る企業が、技術導入の第一歩として何から始めるべきかアドバイスをください。

非常に難しい質問だ。ビジネスケースが机の上にポンと置かれていることは稀だ。最も簡単な入り口は「試作のために3Dプリントを探ること」だ。これで技術を学び始められる。それから顧客と対話し、自社ポートフォリオを見て、どの部品が3Dプリントに適しているかを特定する。最大の課題は「積層造形に適した部品を見つけること」だ。設計視点では、この部品は非常に高度で、他技術では製造不能であることが理想だ。一度見つければ、競争優位性が生まれる。要は「手の届く実（ローハンギングフルーツ）」を探すのではなく、社内でプロジェクトとして立ち上げることだ。トップダウンで進めるべきで、ボトムアップではない。最初からAMの全ポテンシャルを見抜くのは難しい。3Dプリントを導入する企業は、このポテンシャルを掘り起こす努力を払う必要がある。だが一度適したユースケースを見つければ、多くの扉が開く。

セラミックス3Dプリントに伴う課題は？

よくある問題は、従来成形技術で既に確立されている部品を3Dプリントしたがることだ。その結果、従来技術よりコストがかかることに驚く。理解すべきは、従来製造部品を3Dプリントで再現しても、多くの場合コストダウンにはならないということだ。もう一つの課題は、材料科学の問題を積層造形で解決できないことだ。AMは成形技術に過ぎない。セラミックス処理で必須の焼結における課題を克服できるわけではない。例えばマルチマテリアルセラミックス部品の3Dプリントは容易だ。だがその後、それら材料を共焼結するのは困難だ。こうした考慮が過小評価されがちだ。

SmarTech Analysisの最近のレポートで、セラミックス3Dプリントの成長は主に最終部品生産によって牽引されるとあるが、どう思うか？

画像提供：リトズ

完全に同意だ。10年前に始めた時、高性能セラミックス3Dプリントの概念など誰も持っていなかった。今では我々自身も気づかなかったほど多くのアプリケーションが見える。セラミックスこそが未来の材料だと強く信じており、まだ旅の始まったばかりだ。過去10年は「セラミックスでも3Dプリントが可能だ」ことを示し、証明する期間だった。今、人々がこの技術を活用し始めている。

また、デジタル技術であるAMが、デジタル在庫を可能にするため、ロックダウンへの解決策になり得ると人々が気づき始めているとも思う。

デジタル技術と3Dプリントが企業をどう支援できるか、詳しく教えてください。

コロナ危機で特定サプライヤーがロックダウンされた。例えば射出成形では、サプライヤーが金型を持っている。通常環境なら、もう一度部品を作ってほしいと依頼すれば作ってくれる。だがコロナ禍でグローバルサプライチェーンは極めて脆弱になり、混乱した。多くの企業がサプライヤーに連絡できない、あるいはサプライヤーが生産できない状況に陥った。一方、積層造形では使う「ツール」はマシンそのものだけだ。マシンはヨーロッパ、米国、アジア、基本的にどこにでも置け、データをマシンに転送するだけで、金型なしで即座に部品をプリントできる。もちろんAM向けに部品を適格性評価する必要はあるが、全体として遥かに柔軟性が高い。もう一点、AMのデジタル性により、設計ファイルを物理在庫ではなくバーチャルストレージに保管し、オンデマンドでプリントできる。

今後数年のセラミックス3Dプリントの進化をどう見るか？

大きな可能性があると思う。ただし他のAM技術と異なり、セラミックスAMは最初から「高品質部品の要件を満たす」必要がある。セラミックス部品が必要なら、試作であっても従来製造と同等の材料特性が必要だ。過酷な環境（高温、腐食環境）で使うからだ。ビジュアルプロトタイプが欲しければプラスチックで作る。セラミックスAMでは常に機能的プロトタイピングを行う。だからこそ最初からロットサイズ1の生産をやってきた。

リトズにとって来年はどうなるか？

パンデミックが我々のビジネスに二つの異なる影響を与えている。第一に、少数の顧客グループがAMを一時停止し、他のことに集中している。第二に、デジタル生産技術のメリット（デジタル倉庫、サプライチェーン安定化の可能性）ゆえに、今、より多くの企業がAMを深く見直している。世界経済にとって悪い状況だが、人々が異なる考え方をし、デジタル生産技術を課題克服の手段と見なし始めたことで、AMのポテンシャルに気づき始めている。リトズとしては、この危機が収益と売上に大きな影響を与えるとは考えていない。未来は非常に明るい。現在進行中の多くのプロジェクトはまだ非公開だが、将来発表され、人々は「セラミックス3Dプリントでここまで可能になっていたのか」と驚くことになるだろう。