スタートアップ企業が3Dプリントを通じて航空宇宙産業に参入する様子をご覧ください

航空宇宙産業は、新興企業にとって常に参入が難しい市場です。課題は知的財産権だけではありません。既存の航空宇宙産業の大手サプライヤーとの競争に加え、新興企業はさまざまな面で課題とプレッシャーに直面しています。スタートアップ企業にとっての大きな課題の 1 つは、航空宇宙産業で求められる複雑な部品を、厳格な基準に従って少量ずつ製造することです。しかし、どの業界においても、新しい技術の導入は、本来の生態系のバランスを崩す可能性があります。現在、航空宇宙産業における付加製造技術は、本来のバランスを崩しつつあります。

市場観察によれば、米国のCastheonは付加製造技術で航空宇宙供給システムに参入した企業である。

穀物の成長がもたらす機会を探る<br /> カセオンは主に粉末床金属溶融3Dプリント技術を使用していると理解されています。カセオンは継続的な応用において独自の見解を蓄積してきました。同社は、レーザー積層造形は溶接の原理に基づいて動作しますが、マイクロ鋳造の一種であると考えています。主な違いは、溶接中に一時的な熱源が材料を急速に溶かして固めることです。鋳造中は、核生成、粒成長段階中のさまざまな合金成分の分布によって微細構造と欠陥形成が決定される平衡または準平衡プロセス（低速プロセス）です。溶接や積層造形においては、エピタキシャル成長（核生成なし）とそれに続く粒成長が溶融凝固プロセスを支配します。付加製造は、材料の構造を微視的レベルで制御する方法を提供し、新しい材料特性や新しい合金の製造の基盤を築きます。

Castheon は金属 3D プリントに基づく製造サービスを提供しています。当初の顧客は航空宇宙産業でしたが、徐々にあらゆる業界に拡大しました。金属積層造形を早期に導入した Castheon は、生産プロセスを継続的に改善してきた長年の経験を持っています。

Castheon 社は顧客の需要に応えるため、GE M2 マシン 3 台の容量を増強しました。しかし、真の競争力は、潜在的な問題を技術的な優位性に変えることで生まれます。 Castheon は、この問題を金属付加製造の科学と技術のギャップであると説明し、科学的アプローチを通じて技術のギャップを埋め、ベストプラクティスの科学的根拠を提供します。金属 3D プリント業界に参入するスタートアップ企業の多くは、機器を購入すれば徐々に市場を獲得できるという誤解に陥りがちです。しかし、これでは十分とは言えません。適切な機械を購入することは課題の半分に過ぎません。

現在、CastheonはGE Capitalからも投資を受けています。積層造形による新合金や新素材の可能性の発見から、航空宇宙からさまざまな産業への拡大、GEとの提携まで、Castheonは、技術障壁の高い金属3Dプリントの発展の道に起業家精神のある企業が参入できることを示してきました。

3D プリンティングに関して業界が最もよく覚えているのは、モデルレスな性質と、それがもたらすデザインの自由度です。 3D プリントによって実現される材料準備技術の向上は、現在のビジネス界では見過ごされがちです。幸いなことに、世界中の多くの研究機関が 3D プリント技術を通じて材料特性を改善する研究を行っています。これらの研究成果は、3D プリントの市場応用空間をさらに拡大し、金属 3D プリント技術の市場成長を促進するでしょう。

設備加工技術の向上、材料の調整、価格の合理化に伴い、金属3Dプリントは産業化の分野でますます広い道を切り開くことになるでしょう。加工・応用側にとって、この技術の波に対応するために、金属3Dプリントの冶金加工を理解することは必須科目となっています。

実際、金属加工中には多くの微妙なことが起こります。選択的レーザー溶融技術を例に挙げてみましょう。粉末のレーザー溶融プロセス中、各レーザーポイントは微小溶融プールを作成します。粉末の溶融から固体構造への冷却まで、スポットのサイズと電力によってもたらされる熱量によってこの微小溶融プールのサイズが決まり、部品の微結晶構造に影響を与えます。さらに、粉末を溶融するためには、十分なレーザーエネルギーを材料に伝達して中心部の粉末を溶融し、完全に密度の高い部品を作成する必要がありますが、同時に熱伝導がレーザースポットの周囲を超えて周囲の粉末に影響を与え、半溶融粉末と多孔性が生じます。

アプリケーション側では、機器構成などの厳格な条件に加えて、冶金特性も金属 3D プリントプロセスの多くの条件に関係します。処理パラメータの設定、粉末の品質と粒子状態、処理中の不活性雰囲気の制御、レーザースキャン戦略、レーザースポットサイズと粉末との接触、溶融池と冷却の制御などはすべて、異なる冶金結果をもたらします。

一般的に言えば、加工速度が速いほど表面粗さは大きくなりますが、これらは相互に関連する 2 つの変数です。さらに、残留応力は、DED および SLM 処理技術が直面する共通の課題です。残留応力は、後処理および機械的性能パラメータに影響を及ぼします。しかし、市場調査によると、冶金学的側面を活用する能力に応じて、残留応力は再結晶化を促進し、微細な等軸粒子の形成を促進するためにも使用できるとのことです。

過去 5 年間で、金属印刷プロセスの微細構造と新しい合金の加工特性に関する理解が大きく進歩しました。同時に、微細構造の不均一性も観察されました。この点で、特性評価作業（柱状結晶、高配向性、多孔性など）を通じて加工冶金学のさらなる理解が得られ、金属 3D プリントのプロセス制御機能が向上しただけでなく、材料の準備と後処理に対する新しい要件も提示されました。

つまり、スタートアップ企業が3Dプリント技術を利用して障壁の高い航空宇宙産業に参入したい場合、3Dプリント設備やその他の「ダイヤモンドドリル」を持っているだけでは十分ではなく、加工技術、材料技術、後処理などに対する深い理解と技術の蓄積も必要です。さらに、独自の良好な生態環境を構築し、資本、ブランド、顧客基盤などの面で力を蓄積する方法も知っておく必要があります。間違いなく、Castheon は、材料冶金における中核的な強みと経験に基づいて、業界の障壁が高い航空宇宙分野にスタートアップ企業が参入するための「突破口」となる道を模索してきました。

出典: 3Dサイエンスバレー

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