旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
3Dプリンティング と 金属加工 の 革新的技術
金属3Dプリンティングの基本原理から最新技術、産業応用まで幅広く解説します。従来の金属加工と比較した際のメリットや、活用事例も紹介。あなたのビジネスにどう取り入れますか？
金属3Dプリンティングは、従来の切削加工や鋳造とは全く異なるアプローチで金属部品を製造します。3次元のCADデータをもとに、金属粉末やワイヤーを一層ずつ積み上げて立体物を造形する技術です。
現在主流となっている金属3Dプリンティングの造形方式には以下のようなものがあります。
これらの方式に共通する特徴として、メッシュ構造や中空構造など複雑な形状を直接成形できる点が挙げられます。また、造形中の溶融金属が酸化することを防ぐため、シールドガス（アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス）が使用されることもあります。
金属3Dプリンティングの大きな魅力の一つは、様々な金属材料を使用できる点です。装置や方式によって対応材料は異なりますが、一般的に以下のような材料が使用されています。
一般的な金属3Dプリント用材料：
材料選定の際には、以下のポイントを考慮することが重要です。
例えば、Metal Xシステムでは、17-4PHステンレス鋼、H13ツール鋼、A2/D2ツール鋼、インコネル625、銅など6種類の金属材料に対応しています。それぞれの材料は特定の用途に最適化されており、例えば17-4PHステンレス鋼は多目的用途に、銅は高い導電性が求められる用途に適しています。
金属3Dプリンティングは従来の金属加工技術と比較して、いくつかの顕著なメリットとデメリットがあります。それぞれを理解することで、適切な製造方法を選択することができます。
メリット：
デメリット：
従来の金属加工（切削、鋳造、鍛造など）は長年の実績があり、大量生産や大型部品の製造に適しています。一方、金属3Dプリンティングは、複雑形状の少量生産や、カスタマイズ製品、設計最適化が求められる用途に強みを発揮します。
製造方法の選択には、生産数量、形状複雑性、材料、コスト、納期などを総合的に検討することが重要です。
金属3Dプリンティングは様々な産業分野で革新的な製造方法として活用されています。具体的な応用事例を見ていきましょう。
航空宇宙産業：
実例：GE航空は燃料ノズルを従来の20個の部品から1つの3Dプリント部品に統合し、重量を25%削減しました。
自動車産業：
最新の研究では、東北大学の研究グループが金属3Dプリンターを用いて鉄鋼材料とアルミ合金を組み合わせたマルチマテリアル構造を製造する技術を確立し、自動車の車体軽量化への応用を目指しています。この技術により、従来は困難だった異種金属の接合が可能になり、カーボンニュートラルの実現や省資源化に貢献することが期待されています。
医療産業：
実例：チタン製の頭蓋骨インプラントは、患者のCTスキャンデータから直接3Dプリントされ、完璧なフィットを実現します。
工業・金型産業：
実例：射出成形金型に内部冷却チャネルを3Dプリントで作成することで、冷却時間を40%短縮し、生産性を向上させた事例があります。
エネルギー産業：
金属3Dプリンティング技術は急速に進化しており、従来の製造概念を根本から変える可能性を秘めています。最先端の研究動向を見ていきましょう。
マルチマテリアル造形技術：
金属3Dプリンターを用いて異なる金属材料を組み合わせる研究が進んでいます。東北大学の研究グループは、レーザー粉末床溶融結合法を用いて鉄鋼材料とアルミ合金の接合界面で非平衡凝固を実現し、従来は困難だった異種金属の強固な接合に成功しました。この技術により、自動車部品などの軽量化と強度確保を両立することが可能になります。
ワンプロセスでの材料開発：
大阪大学の研究では、金属3Dプリンターを「合金化-組織制御-形状作製」のワンプロセスで実現する手法が開発されています。純金属粉末を出発材料として、造形プロセス中に合金化と組織制御を同時に行うことで、従来の金属材料製造プロセスを一新し、生産のリードタイムや製造コストの削減が期待されています。
高速・大型造形技術：
現在の金属3Dプリンティングの課題である造形速度と造形サイズの制限を克服するための研究が進められています。マルチレーザーシステムや新しい造形方式の開発により、生産性の向上が図られています。
in-situ（その場）モニタリングと品質保証：
造形中のプロセスをリアルタイムでモニタリングし、欠陥の発生を検知・修正する技術の開発が進んでいます。AIと機械学習を活用して、造形品質の予測と制御を行う研究も盛んです。
新しい金属材料の開発：
金属3Dプリンティングに最適化された新しい合金の開発が進んでいます。従来の合金設計とは異なるアプローチで、積層造形特有の熱履歴を考慮した材料開発が行われています。特にハイエントロピー合金など、複数の元素を均等に含む新しいタイプの合金の研究が注目されています。
環境負荷低減技術：
金属粉末の再利用技術や、エネルギー効率の高いプロセス開発など、環境負荷を低減するための研究も進んでいます。サステナブルな製造技術としての側面も重視されています。
応用分野の拡大：
これまで金属3Dプリンティングの適用が難しかった分野（例：高温超伝導材料、磁性材料、機能性勾配材料など）への応用研究も進んでいます。
これらの研究成果が実用化されれば、金属加工の概念は大きく変わり、より効率的で持続可能なモノづくりが実現するでしょう。特に材料開発から形状作製までをワンプロセスで行う技術は、従来の多段階プロセスを根本から変革する可能性を秘めています。
大阪大学の金属3Dプリンタによる新素材開発に関する詳細情報
東北大学の金属3Dプリンティングによるマルチマテリアル構造開発の詳細