冶金大手の SMS グループが正式に付加製造業界に参入しました。同社はリーダーになれるでしょうか?

出典: SMS グループ

SMSグループ、積層造形生産向け初の金属粉末工場を稼働

SMS グループが運営する新しい粉末噴霧工場では、印刷製品の品質を左右する粉末の品質を重視し、高品質の金属粉末のみを生産しています。
この装置は、温度、圧力、生産サイクルなど、一般的な工業プラントに適用される実際の条件下でテストを実行します。
このパイロットプロジェクトは、SMS グループとレーザー溶融システムを専門とする Additive Manufacturing Association との共同プロジェクトです。

それは細かい灰色の粉末で、見た目は目立たないが、全く新しい成長ゾーンの特性を備えている。この極めて均質な金属粉末は、積層造形、つまり 3D プリント用のプロセス金属の基礎となります。それは、わずか 15 ～ 45 マイクロメートル (1 ミリメートルの 1000 分の 1) の大きさの完全に円形の小さな球体で構成されています。

金属粉末製造の核となるプロセス：液体金属の微粒化

非常に複雑な技術を必要とする高さ13メートルの非常に複雑な装置で、これらの小さな粒子がどのように生成されるのかを想像するのは困難です。 SMSグループは最近、この粉末の工業生産のための工場を稼働させました。

これは未来を変える画期的な出来事です。高品質の粉末だけが高品質の 3D プリント部品を製造できるため、粉末噴霧システムの試運転の成功は SMS グループにとって画期的な出来事です。目標は、この革新的なテクノロジーのプロセスチェーン全体を習得し、顧客にも習得してもらうことです。このため、SMS グループは小規模パイロットプラントではなく、意図的に産業規模のパイロットプラントの建設を選択しました。この方法でのみ、高温、高圧、長い生産サイクルなどの実際の条件下でプロセスをテストできます。 SMS グループは、パートナーである Additive Industries Association と共同で、金属粉末を使用した 3D プリント用の選択的レーザー溶融システムを開発し、供給しています。

計画では、メンヒェングラートバッハの SMS グループの拠点に顧客向けのデモプラントを建設する予定です。この工場には、積層造形のためのすべてのプロセスステップが含まれています。

量産における付加製造<br /> SMS グループは、Scale4Series という名前で、3D プリントされたコンポーネントの総合的な生産コンセプトを説明しています。 SMS グループは、3D プリンター製造のための Additive Industry Association と連携し、金属粉末の製造から 3D 印刷、印刷部品の仕上げに至るまでの完全なプロセスを提供しています。これに加えて、積層造形には、金属粉末の等級分け、梱包、輸送、保管など、他の多くのプロセスステップも含まれます。

粉末金属工場の 3D ビュー

Scale4Series: 付加シリーズ製品のビジョン。このコンセプトにより、SMS グループは、簡素化されたインターフェースと最適に調整されたコンポーネントを備えた簡素化された全体的ソリューションを顧客に提供できます。コスト削減、製品品質の向上、リサイクル性の向上により生産性が向上

積層造形部品用の革新的な粉末
SMS のノウハウに基づく複雑なプロセス<br /> SMS グループが建設した新しいパイロットプラントの機能は、粉末を霧化することです。主な構成は、るつぼとタンディッシュを備えた真空誘導炉、粉末塔内に配置された噴霧装置、真空ポンプ、サイクロン分離器、バッグフィルター、空気分離器、粉末グレーディングスクリーンです。この装置は真空状態で金属や合金を誘導溶解します。真空技術は、超クリーンな製品を実現し、材料が酸素と反応するのを確実に防ぐための鍵となります。これが確保されない場合、酸化物、酸化物介在物、その他の汚染物質が生成されます。超クリーン粉末は不活性条件下でのみ製造できます。この分野では、二次冶金技術に関する SMS Mevac の専門知識とノウハウがこのプロセスの成功に大きく貢献しました。

次のステップでは、わずか数ミリメートルのノズル内で純粋なアルゴンの助けを借りて液体金属が霧化されます。このプロセスにより、マイクロメートル範囲の球状粒子が生成されます。粒子は冷却されて微細な球体となり、金属粉末を形成します。微細金属粉末はさらに処理され、粒子サイズによって等級分けされ、完全な球形、15〜45ミクロンの粒子サイズ、精密な化学分析、介在物やサテライト（凝集物質）のない高純度の製品が得られます。

「当社の粉末の品質は、完全な生産プロセスをマスターする技術と専門知識を備えているため、他に類を見ないものです。つまり、冶金、溶解、不活性ガス真空技術から品質管理まで、すべてのステップとプロセスで SMS グループの経験と能力を活用できるということです」と SMS グループの Norbert Gober 氏は説明します。

新しいるつぼ、異なるサイズのるつぼと交換可能（写真では100 kg）

新しいパフォーマンスのための特別な素材<br /> 新しい粉末アトマイズ装置は、耐熱合金、ニッケル合金、コバルトクロム合金、特殊鋼、マルテンサイト鋼、銅などの金属粉末を生産します。 Markus Hüllen 氏は次のように説明しています。「この施設により、実際の生産条件下でお客様と共同で新しい特性を持つ新しい合金を開発することが可能になります。これはユニークなことです。」

同時に、当社はインダストリー4.0に基づく粉末生産を構築しており、自動化されたシームレスな品質管理システムを実装し、積層造形のプロセスチェーン全体をカバーします。たとえば、航空宇宙産業向けに製造される部品の場合、このタイプの文書の一貫性と 100% のトレーサビリティが絶対に必要です。 ”

付加製造された部品はすでに多くの業界で使用されています。これらの「イネーブラー」産業には、航空宇宙産業、自動車産業、医療工学、試作品およびツール製造、工場機械工学などが含まれます。さらに、SMS グループは、工場向けの新しいコンポーネントや最適化されたコンポーネントを開発する際に、積層造形法を活用しています。非常に印象的な例としては、金型の冷却と潤滑のためにドロップフォージング装置に設置されたスプレーヘッドがあります。これまで使用されていたノズルと比較して、積層造形法で製造された新しいノズルは軽量で、流量が最適化されており、現在の金型の特定の要件を完全に満たすようにカスタマイズされています。利点としては、鍛造プレスのオペレーターは生産効率を高め、製品の品質を改善し、金型をより速く効率的に冷却できることが挙げられます。

大きなダイナミズムと成長の可能性を秘めた市場<br /> 新しい粉末霧化装置と SMS グループの付加製造技術のコンポーネントは、どちらも非常に広い市場展望を持っています。ローランド・ベルガーによる2017年の調査によると、付加製造市場は2004年から2016年の間に8億ユーロから55億ユーロに成長したことが判明しました。これは、約 20% の CAGR (年平均成長率) に相当します。しかし、これはまだ始まりに過ぎません。この調査で評価されたいくつかの研究機関の予測によると、市場の成長は2022年までに急激に増加し、世界規模で241億ユーロから283億ユーロに達すると予想されています。

真空下での溶解、温度測定、サンプリング、充填のための回転蓋付き真空タンク

Markus Hüllen 氏は次のように説明しています。「粉末製造と積層造形はどちらも非常に新しい技術であるため、明確に定義された品質基準はわずかしかありません。SMS グループは、最高の品質基準を厳格に順守することで知られています。そのため、当社は粉末製造段階を超えて考えています。粉末からハイエンドで高性能な部品を製造するには、下流の製造プロセスで粉末が酸素と接触しないことが重要です。そのため、当社は、パートナーである Additive Industries の 3D レーザープリンターで処理されるまで、粉末が不活性ガス雰囲気下で安全に保護されることを保証するソリューションを開発してきました。これには多大な労力が必要ですが、たとえば安全性が重要な部品に必要な高品質レベルを保証します。」 Markus Hüllen 氏と Norbert Gober 氏によると、新しい粉末噴霧プラントは、SMS グループが達成した最初の大きなマイルストーンです。今後もさらに増えるでしょう。粉体製造、粉体処理、3D プリント、熱処理と機械加工、検査、品質管理、物流、そして専用の自動化システムをカバーするデモンストレーションセンターがメンヒェングラートバッハに設立されます。

有能な付加製造パートナー
「システムサプライヤーおよび『金属のリーディングパートナー』として、当社の目標は、粉末製造から完成品までのプロセスチェーン全体を統合することにより、高水準で再現性のある生産を実現する完全な積層造形プラントをお客様に提供することです。パイロットプラントにより、生産性を最大化し、総コストを最小化するためにプロセスを最適化できます。お客様は、個々の要件に合わせたモジュール式の拡張可能なソリューションを受け取ることができます。当社の世界的なサービスおよびサポートネットワークにより、お客様が積層造形を開始する必要がある場所や時間に関係なく、いつでもお客様を支援できます」と、ノーバート・ゴーバーは述べています。