日本AM協会が第2回総会開催、金属3Dプリンタによる金型活用事例などを紹介：金属3Dプリンタ

日本AM協会は、第2回総会を開催し、AM（Additive Manufacturing：付加製造、積層造形）に関する動向や事例の共有などを行った。

[三島一孝，MONOist]

　AM（Additive Manufacturing：付加製造、積層造形）の市場拡大と普及促進、人材育成などを推進している日本AM協会は2023年8月24日、第2回総会を開催し、AMに関する動向や事例の共有などを行った。

日本AM協会の第2回総会の様子［クリックで拡大］

　日本AM協会は、2014年2月に設立された「3Dものづくり普及委員会」を前身とし2022年3月に参加企業32社で設立された団体だ。その後、1年半の活動の中で参加企業も順調に増え、正会員は19社、賛助会員は21社、その他連携団体や協力官公庁などは24団体となっている。設立後はコロナ禍の影響もあり、リアルで情報交換を行う場はなかったが、今回の総会はハイブリッド開催としリアルでの交流も実現した。

日本AM協会 会長の永安悟氏

　日本AM協会 会長の永安悟氏（立花エレテック）は「1年半の活動の中で、正会員や賛助会員、連携団体も順調に増えている。AMを実用品の製造で活用するケースは日本国内ではまだあまりなく、3Dプリンタも普及していないのが現状だと捉えている。定着にはまだ時間がかかると見ているが、協会として努力を進めていく」と述べている。

　総会ではこの他、矢野経済研究所 ICT・金融ユニット 主任研究員の小山博子氏によるAM市場についての講演と、豊田自動織機 コンプレッサ事業部 アルミ技術部 デジタル・企画室 兼 エンジン事業部 事業企画部 新事業開発室 第1G 室長の佐藤良輔氏による、AM活用事例についての講演が行われた。

矢野経済研究所の小山博子氏

　矢野経済研究所の小山氏は、本体価格100万円以上の産業用3Dプリンタのグローバル市場について「2022年は2万9000台の出荷となった」と説明し、2025年までに4万2500台へと順調に伸長を続けるとの予測を示した。日本市場については、2022年が345台で、2025年までに400台まで成長する見込みだ。「日本市場は世界に比べて伸びのスピードは遅いがそれでも着実に成長する」と述べている。その中で、金属3Dプリンタについては「日本ではまだ2桁台数の市場規模だ」（小山氏）としている。

　また、日本と世界の3Dプリンタの先進的な活用事例を紹介。「アパレルやジュエリーなど新たな分野からの3Dプリンタの活用事例や問い合わせも増えている。サプライチェーンの問題などから国内への製造回帰の動きもあり、新たな製造方法として3Dプリンタへの期待は高まっている」と小山氏はAMの将来性について述べた。

3Dプリンタ金型でサイクルタイム削減、豊田自動織機の活用事例

　豊田自動織機の佐藤氏は、アルミダイカスト金型の製造に対し金属3Dプリンタを活用した事例を紹介した。豊田自動織機は、さまざまな部品のアルミダイカスト製造を行っているが、金型温度の均一化に対する課題を持っていた。

豊田自動織機の佐藤良輔氏

　従来の金型では、冷却水を金型表面近くにまで通すことができないため、同じ金型内で温度ムラが生まれていた。金型温度の高過ぎる部分では、溶融した金属が金型に付着し不具合品を生むことになる（ミガキ）。一方で温度が低い部分では水分が残り離型材の塗布がうまくいかずに製品部に汚れが出る場合がある。これらへの対応で、メンテナンス作業が必要になり、それが生産性の低下につながっていた。

　そこで、複雑な形状でも一体造形が可能な金属3Dプリンタの特徴を生かし、金型の表面近くに冷却水を通せる水路を作ることでそれぞれの作業中でも金型表面の温度を一定にすることを目指した。ただ「新しい工法は最初は信用してくれない人もいた。まず1つの工程をターゲットに実証を進めることにした」（佐藤氏）。その実証で新たに金属3Dプリンタによる金型を作り従来金型との比較を行った。その結果、9万ショット以上を打つ中でミガキによるマシンの停止率は、従来が0.65％程度だったのに対し、ゼロへと減らすことができた。こうした実績を基に、本格的に金属3Dプリンタを導入し、今ではさまざまな製品で活用するようになったという。

　2023年7月末時点で、金属3Dプリンタによる金型は50種841個が量産投入されており、累計で1843万8000ショットの使用になっているという。その中でミガキの発生率はほとんどの金型でゼロとなり、全体でも平均93％減となっている。「従来の金型の冷却機構でどこにアルミニウム材料が付くのかを見極めて、シミュレーションなどを使いながら、さまざまな検討を重ね、うまくいくストライクゾーンを見つけることができたら開発し、量産へと進める。量産を開始してからも定期的に確認して故障の評価を行っている」と佐藤氏は述べる。

　ただ、こうした実績も全てが順調だったわけではない。例えば、ある金型では少ないショットでいきなり水路が詰まり、不良が出たという。そこでは、本来は冷却水は純水を使用するが、設備の不具合により、気づかない間に水質が悪化し炭酸カルシウムやシリカが含まれる水で冷却しており、最終的にはその水が要因だった。

　「金属3Dプリンタの金型は従来よりも水路を細く設計している。さらに、金型表面に近いため高い熱を受ける。熱により炭酸カルシウムやシリカが析出しやすくなった上に、配管が細いために詰まってしまった。そのため、水質の管理を新たに行うようにした」と佐藤氏は語る。こうした苦労を重ねながら金属3Dプリンタ金型を生かしたモノづくりの在り方を積み上げてきた。

　そして、現在取り組んでいるのが、金属3Dプリンタ金型の使用により、ダイカストのサイクルタイムを削減する取り組みだ。「ダイカスト製造を行う中で、残った水の処理など、本質的作業に関係ないが従来の金型では必要だった作業がある。こうした作業を減らすことでリードタイムを大きく下げられる。現在はサイクルタイム31秒で回しているが、試験的には金属3Dプリンタ金型を使うことで24.6秒まで下げられている。サイクルタイムが下げられれば、作る製品によっては大幅なコスト削減につながる。その試算ができれば、金属3Dプリンタ導入の費用対効果を示すことができる」と佐藤氏は語っている。

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