世界初のモニタリングフィードバック機能とシールド機能を積極アピール

2019-05-16 三菱重工工作機械株式会社
◆ チタンやCFRP（炭素繊維強化プラスチック）など多様な素材の高速・高精度造形を実現、大型部品にも対応

◆ デトロイトで5月開催の見本市「RAPID＋TCT 2019」で初めて新技術を紹介

パウダDED方式金属3Dプリンタ機「LAMDA200」

三菱重工グループの三菱重工工作機械株式会社（社長：岩﨑啓一郎、本社：滋賀県栗東市）は、独自のデポジション方式（注1）を採用した”金属3D（三次元）プリンター”の提案を海外市場に向けて開始します。世界で急成長している3Dプリンター市場を牽引する米国において、認知度を高め参入の足掛かりをつかむことが狙いです。第一歩として、5月20日～同23日にデトロイト（ミシガン州）で開催される先端立体造形技術の見本市「RAPID+TCT 2019」で、金属3Dプリンターの実用化に必要な新技術、モニタリングフィードバック機能およびローカルシールド機能を披露します。なお、これら2つの機能は、世界で初めて実用化された技術です。

この金属3Dプリンターは、国立研究開発法人新エネルギー・産業開発機構（NEDO）から技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構（TRAFAM）が受託した技術開発事業（注2）の成果を、三菱重工工作機械が活用し開発したものです。2019年3月には小型部品の試作造形に特化したエントリーモデル「ＬAMDA200」を市場投入しました。独自のデポジション方式は、ノズルからパウダーを連続的に噴射し、レーザーを照射して溶融・凝固させる技術です。金属粉末をタンク（ベッド）に敷き詰めて造形する方式（パウダーべッド方式）に比べ10倍以上造形速度が速く、金属粉末のタンクを使用しないため、パウダーベッド方式では不可能な大型造形もできます。さらに、連続的に材料を供給するため、途中で材料を切り替えるなどの工夫により複数の異なる材料からなる複層材料部品の造形も可能であり、将来は組成が異なる材質のものを接合した傾斜機能材料の開発への適用も期待されています。今回、これら技術に加え、モニタリングフィードバック機能とローカルシールド機能の実用化に目途がたち、造形品質の安定性が向上、大型部品の造形が可能となりました。

具体的には、カメラやセンサーを用いて造形状態を監視するシステムがモニタリング機能です。さらにフィードバック機能がモニタリング結果に基づいてレーザー出力など造形条件をリアルタイムに制御し、金属の溶融凝固を安定化させます。従来は製品形状が変わるごとにトライアルアンドエラーによって最適な造形条件を決めてきました。モニタリングフィードバック機能により自動で造形条件を最適化、トライアルアンドエラーが不要となります。また、造形中に周囲環境の酸素を排除し溶融した金属の酸化を防ぐ機能がシールド機能です。ローカルシールド機能はチャンバーを使用せずに、チタンやアルミニウムといった酸化を嫌う材料の大気環境における造形を可能とします。この機能を利用すると造形物の大きさに制限が無くなるため、航空宇宙産業などで課題となっている大型部品の造形に適用できます。RAPID+TCT 2019において、これらモニタリングフィードバック機能とローカルシールド機能の開発成果を紹介します。

多様な素材からなる高機能な製品需要は、軽量化に対応し続ける航空機産業や、最先端技術を求め続ける自動車産業において世界的に高まるものと見込まれています。三菱重工工作機械は、金属3Dプリンター実用化の課題を解決し、今後は高機能材料の造形プロセスの提案により金属3Dプリンターの認知度向上と需要開拓に力を注ぎ、在来の切削・研削加工技術では限界のあるものづくり領域を金属積層造形という新アプローチで押し広げていきます。

1指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition：DED）と言われ、熱エネルギーの集中を利用して材料を溶融する積層造形プロセスです。
2本製品は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成事業の成果を活用しています。

パウダDED方式3次元金属積層造形機 LAMDA

パウダDED方式3次元金属積層造形機　LAMDA

特長

独自のノウハウを駆使したパウダDEDヘッド

・材料粉末とレーザを同時に照射し任意の部分を溶融・凝固させて積層するDED方式
・金属粉末の集積性を高めた3方向噴射独自ノズル形状
・レーザーフォーカスの最適化で、高速高品位造形を実現
・異なる金属材料の積層や、既存製品の補修や再製作、大形製品の造形が可能
・金属パウダを入れ替えることで上方向でも横方向でも立体的な異材構造形成にチャレンジできます。
たとえば低コストで長寿命といった、これまでにない独創的な機能材料開発を可能にします。

※DEDとは？
Directed Energy Deposition　の頭文字を取ったもので、材料の粉末とレーザを同時に照射し任意の部分を溶融・凝固させて積層する方式のことです。LMDやデポジションとも呼ばれます。

技術

Monitoring

溶融状態をリアルタイムで監視し、造形パラメータにフィードバックすることで最適な造形を維持・コントロールします。

Local Shield

独自のシールド機能をもつノズルにより不活性ガス環境での造形が可能です。

スペック

形式		LAMDA200
最大造形サイズ	mm	200×200×200
レーザー出力	kW	1・2・4・6
粉末供給ポット数		1(オプションで最大 2ポットまで対応)
不活性ガスシールド		対応可能
主軸仕様		対応可能
NC2軸テーブル		対応可能
治具冷却		対応可能
機械サイズ	mm	幅1800 x 奥行1400 x 高さ2300
機械質量	t	1.65