ハイブリッド製造：増材と除去加工の融合による先進生産

ハイブリッド製造は、同一機械内で増材製造（AM）と除去加工（切削）を組み合わせたものです。それぞれのプロセス単体でも卓越した能力を持ちますが、融合すると設計と製造のまったく新しいレベルが開けます。現在、多くのハイブリッドシステムは、金属粉末やワイヤーを堆積させる指向性エネルギー堆積（DED）ヘッドと、旋盤やフライス盤などの工作機械を搭載しています。これらのシステムでは、AM部品を一台の機械から出して二台目で再セットアップする必要がないため、エラーを減らしながら単一セットアップで造形と仕上げを完結できます。

ハイブリッド以前

ハイブリッド機械登場以前、AM機で造形された金属部品・コンポーネントは、指定公差を満たすために大幅な後処理を必要としました。最低限、ビルドプレートからの切り離しが必要です。他のケースでは、内部応力除去のための熱処理、ネジ穴のリーミング・タッピング、ビーズブラストやバレル研磨などの仕上げ、重要寸法のフライス・旋削・研削が必要でした。追加工程がリードタイムを延ばし、コストを押し上げます。

ハイブリッド製造の手法

この成長・変化する技術において、ハイブリッド機械の活用は単なるツールの一つです。あらゆる革新技術と同様、開発と確立には時間がかかります。ハイブリッド機械メーカーは様々な製造手法を提供しています。

第一の手法、かつ最も一般的なのは、増材と除去プロセスを順次実行するものです。部品をAMでニアネットシェイプまで完全に造形し、必要に応じて除去加工で仕上げます。

第二の手法は、製造プロセス中に増材と除去を交互に行うものです。既存部品でも新規部品でも、AMで材料を追加し、除去加工し、さらにAMで材料を追加し、再び除去加工する、というサイクルを部品完成まで繰り返します。別の例では、増材プロセスで部品が形成される過程で、表面を除去加工で仕上げていきます。

ハイブリッドでは、プロセス中に材料を組み合わせ、同一部品に異なる金属を適用することも可能です。アルミニウム、コバルトクロム、銅、インコネル、ステンレス鋼、工具鋼、チタンなど、ほぼあらゆる金属がAM用にワイヤーまたは粉末形式で利用可能です。単一部品に異なる金属を使うことで、どちらの金属の長所も活かしつつ、部品の完全性を損なわずに最良の属性を得られます。

機械のタイプ

現在、ハイブリッド機械には二つのタイプがあります。一つはAMと除去加工の両方を提供する完成品ハイブリッド機械、もう一つは既存の除去加工機にAM機能を追加するものです。既存機への追加では、一つ以上の金属AMツールを設置し、標準の除去加工ツールセットと並行して動作するよう設計します。利用可能なハイブリッド機械の全体数はまだ比較的少ないですが、両プロセスを一台に統合する能力により、この技術は今後拡大・成長していくでしょう。

ハイブリッド製造においては、用途に適した解決策を見つけ、両プロセスのメリットを活かすことが重要です。

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