ハイブリッド製造の活用：金属積層と除去技術の統合

従来の除去製造（切削加工）は長年信頼できるアプローチでしたが、積層製造の発展により、カスタマイゼーション、複雑形状、少量生産においてスケーラブルなソリューションとしての実現性が注目されています。ハイブリッド製造は、特に金属積層において、積層と除去の両技術を取り入れ、柔軟かつ精密な別の製造ソリューションを提供します。ハイブリッド製造の利点には：

• より高い表面品質
• より高い強度
• 従来手法よりコスト削減
• 個々の製品へのカスタマイズ可能なアプローチ
• 締結の改善

ハイブリッドの優位性

ハイブリッド製造の第一歩は、コンポーネントの主要形状を積層製造することです。これには最終形状が含まれ、後で除去製造プロセスでクランピングや位置決めに使用される追加フィーチャーも含まれる場合があります。また、金属積層プロセス中の変形を考慮して、穴などの一部フィーチャーには材料を追加する必要がある場合があります。

積層製造では、金属やポリマーを溶かしてベース製品を形成します。これらは2つの一般的な方法で溶解されます：

• 選択的レーザー溶解または直接レーザー金属焼結（SLMまたはDLMS）
• 電子ビーム溶解（EBM）

西ポメラニア工科大学の研究者たちによると、SLMとDLMSの両方が金属コンポーネントで最大の柔軟性を提供します。これらの手法により、メーカーは多数の複雑な形状を、スケールでも作成可能です。複雑な製品は往々にして独特の非対称形状と曲線エッジを持ちます。設計の意匠性を高めれば高めるほど、製造中に不完全さが蓄積する機会が増えます。

より良いコンポーネントの創造

3Dプリントがどこまで進歩しても、プロセスは完璧ではありません。ハイブリッド製造により、そうでなければそんなにタイトな公差で作られなかった寸法精度の高い製品を作れます。機械加工、すなわち除去製造がこれらの粗いエッジを修正し、全てを要求公差内に収めます。品質管理は、特定の用途、特に車両や飛行機での適切な嵌合、機能性、安全性に不可欠です。

多くの場合、積層と除去プロセスは2台の別々の機械で行われます。金属積層機が部品を造形し、エンジニアがそれを取り出し、品質検査を行い、変形が許容範囲内か確認します。

しかし、一部のハイブリッド製造は単一機械で行われます。レーザー金属堆積（LMD）と直接金属堆積（DMD）ヘッドが金属切削機械に一般的に追加されます。これらの追加は、材料を問題箇所に追加してから最終形状に機械加工できるため、欠陥の修正や既存部品の再生に理想的です。

ハイブリッド製造の欠点

金属粉末と関連物質はハイブリッド製造の要ですが、これらは特定条件下での高い可燃性など、安全リスクを導入します。さらに、発がん性物質であり、無防備な作業者に長期的リスクをもたらします。メーカーはこれらのリスクを考慮し、粉末ベースの積層技術を採用する際には厳格な安全規制を遵守しなければなりません。

スタートアップ（または移行）コストも高額です。金属積層製造には高度に専門化された機械が必要です。前述の可燃性と曝露懸念のような安全上の懸念も、作業者の安全を確保するために特別な施設を必要とします。施設開発も高価です。これらの物流上の障壁により、全ての企業がハイブリッド製造に多額の投資ができるわけではありません。

ソフトウェアはどうなのか？

ハイブリッド製造は設計フェーズから始まり、CAD/CAMソフトウェアが重要な役割を果たします。エンジニアは信頼性の高いコンポーネントを作成する際、材料、ジオメトリ、寸法などを実験する必要があります。また、積層と除去の両プロセスに関する設計考慮事項があり、エンジニアはCADソフトウェアでそれらを探求する必要があります。さらに、FEAシミュレーションで設計が生産後にどう振る舞うかを分析できます。Fusion 360のようなツールはこれらの分野で優れています。何より、リモートコラボレーションがこのソフトウェアに組み込まれており、チーム、機械、または施設全体が遠隔地にあってもコラボレーションを容易にします。

ハイブリッド製造には大きな可能性があり、分散チームを結集できます。全てのプロジェクトに適しているわけではありませんが、ハイブリッド製造は積層と除去製造の長所を合わせ持ち、新たな課題と機会を生み出します。

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