ドイツのIDEAプロジェクトは、大企業、中堅企業、中小企業の3Dプリントの産業化を支援し、2つの生産ラインの変革に成功しました。

2022年11月21日、アンタークティックベアは、ドイツのアーヘンで、ドイツ連邦教育研究省（BMBF）のプロジェクトの協力者が、IDEAプロジェクトを通じて、大企業と中小企業（SME）がより経済的な方法で積層造形を行い、パーソナライズされた部品の中規模バッチを生産することに成功したと指摘したことを知りました。

IDEA プロジェクトは、OEM および中小企業向けの付加製造を産業化することを目的として、3 年前に正式に開始されました。このプロジェクトには、2 つのフラウンホーファー研究所 (レーザー技術の ILT と生産技術の IPT) とアーヘン工科大学を含む、業界のさまざまなパートナーが参加しています。同社は、ガスタービンなどの高性能なハイエンド部品を生産するために、高性能の金属 3D プリント用の自動化された付加製造ラインを 2 つ構築しました。

△詳細解像度を高めた連続波（左）とパルス波（右）のプロファイル露光を使用して製造されたタービンガイドベーンデモンストレーター。 Fraunhofer ILT提供。

このプロジェクトにより、次の 2 つの生産ラインが変革されました。
IDEA プロジェクトでは、中小企業や大規模企業向けに大規模な生産ラインを開発し、建設および運用前の製品コストを大幅に削減できます。

1. ベルリンのシーメンスエナジーガスタービン工場で大規模な産業パイロット生産ラインが開発されました。

シーメンスエナジーガスタービンの IDEA プロジェクトマネージャーである Julius Schurb 氏は、次のように述べています。「ここで製造されたタービンガイドベーンは、当社の生産ラインの高性能と効率性を実証し、全体的な生産時間を 50% 短縮しました。この結果により、積層造形の産業化をさらに進め、少量生産でも競争力のあるコストでガスタービンの主要コンポーネントを提供できるようになります。」

2. ゲオルゲンスグミュントのToolcraft AGは中小企業向けの生産ラインを開発しました。

大量生産に積層造形プロセスを採用している中規模企業である Toolcraft は、生産ラインの生産モデルをサブプロセスで構成される統合エンドツーエンド製造に変更し、製造効率を向上させました。デジタル変革および開発部門の責任者であるマルクス・ランガー氏は、この生産ラインはツールクラフトで推進されるだろうと語った。

「手動操作は自動化に置き換えられ、プロセスの安定性と品質の向上に役立ちます」とランガー氏は言います。「シミュレーション研究に実際のデータを使用するには、製造をデジタル化する必要があります。たとえば、VR グラスを使用して、シミュレーションデータ (IDEA でさらに開発) をデジタル作業計画、テスト指示、インタラクティブトレーニングに転送します。これにより、従業員は非常に複雑なタスクの状況でも正常に作業できます。」

IDEA プロジェクトチームの学際的な構成には、ターボ機械、デジタル化、自動化、航空機技術、後処理、レーザー、3D 印刷技術の専門家が集まり、生産ライン全体に多くの改善をもたらしました。

●航空宇宙産業の安全基準は非常に高いため、レーザービーム溶融の応用にはプロセスチェーン全体にわたる厳格な品質保証が必要です。IDEAでは、研究者は監視ベースの粉末状態、マルチレーザーマシンの堅牢なプロセス識別、および自動化されたプロセス監視ソリューションに特に注意を払いました。

●フラウンホーファーILTは、LPBFの解像度を高め、形状偏差を低減するパルスレーザー照射によるプロセス制御システムを開発しました。また、後処理に必要な作業量も削減され、詳細の解像度が高くなるだけでなく、燃焼効率も向上する複雑な形状を作成することも可能になります。

●フラウンホーファーILTは新たな画像モニタリングシステムも開発し、評価しました。高解像度のステレオカメラは、コンポーネントの変形や粉末床の欠陥などのプロセスの不安定性を検出できます。カメラシステムはリコーターに取り付けられているため、原理的には既存のマシンに後付けすることも可能です。 Fraunhofer ILT は、パートナーの Jenoptik と協力して、測定データの AI ベースの評価を実証しました。

使命は異なりますが、2 つのラインには多くの共通点があります。 IDEA は、デジタルエンジニアリングによるプロセスチェーン全体のデジタル変革に重点を置いています。デジタルツインと最新の製品制御システムを組み合わせたターゲット自動化により、関連するすべての生産データが継続的に記録され、使用されるようになります。これらの生産ラインは、プロセスステップが大部分分離され、多くの手動介入が必要な従来の 3D 印刷システムとは大きく異なり、「試行錯誤」のコストと高い部品コストにつながります。

「積層造形の分野では、デジタルツインがバリューチェーン全体のプロセスに革命をもたらしています」と、シーメンスデジタルインダストリーズの積層造形担当副社長であるカルステン・ホイザー氏は語ります。「積層造形の一部としての生産プロセスやパフォーマンスの仮想イメージにより、個々のプロセスステップをシームレスに接続できます。デジタルツインを使用することで、産業生産ラインの両方で持続的に効率を高め、エラー率を最小限に抑え、開発サイクルを短縮できます。」

両方の生産ラインの特徴は、付加的なプロセスチェーンのデジタル化を活用していることです。これには、コンポーネントの形状監視、タービンガイドベーンの付加的修復、付加製造されたコンポーネントの自動仕上げのための自動測定方法が含まれます。

ドイツのIDEAプロジェクトは、大企業、中堅企業、中小企業の3Dプリントの産業化を支援し、2つの生産ラインの変革に成功しました。

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