DED 指向性エネルギー堆積技術は、将来的に業界に破壊的変化をもたらす可能性があります。部品の in-situ 印刷についてご存知ですか?

Antarctic Bear の紹介:近年、付加製造は製造業界で最も急速に成長している分野の 1 つとなっています。金属 AM 部品は構造用途でますます使用されるようになっていますが、この目的に十分な耐久性を備えたプラスチック AM 部品とプロセスはほとんどありません。その結果、指向性エネルギー堆積（DED）3D 印刷技術の出現により、超高強度で軽量な複合部品をデジタルで直接製造できるようになり、従来の平面層の限界を超えて材料を印刷できるようになりました。

DEDとは何ですか?
DED は、溶融金属を層状に選択的に堆積させて、高密度のコンポーネントを構築する金属付加製造プロセスです。 WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)、LMD (Laser Metal Deposition)、LENS (Laser Engineered Net Shape)、DMD (Directed Metal Deposition) などの頭字語を聞いたことがあるかもしれません。混乱しても問題ありません。これらは通常、機器メーカーが自社製品を区別するために使用する独自の名前です。名前はいろいろありますが、技術的には実はそれほど違いはありません。

指向性エネルギー堆積法 (DED) は、レーザー (または電子) ビームを使用して粉末を溶かすという点で PBF に似ています。ただし、粉末原料を堆積して溶融する方法により、DED をより簡単に、コスト効率よく、より大きな AM 部品に拡張できます。

通常、DED システムには、金属を堆積させる場所を制御するマニピュレーター、材料の供給、およびその材料を溶かすエネルギー源という 3 つの主要コンポーネントが必要です。マニピュレータは通常、CNC ガントリーまたはロボットの形をとります。材料はワイヤまたは粉末の形で、エネルギー源はレーザーまたは電気アーク（コストの面であまり一般的ではない）のいずれかです。

△ ニアネットシェイプと完成した航空宇宙部品。画像提供：Norsk Titanium
DED は他の金属 AM プロセスと比較して堆積速度が高いため、部品の解像度と生産性レベルをトレードオフして、より大規模な (通常 1 m 以上) コンポーネントを製造できます。しかし、新しい DED ハードウェアが利用可能になるにつれて、このテクノロジーで実現できる機能の範囲が広がり始めており、場合によっては従来の製造プロセスで実現できる詳細に匹敵するものもあります。

△金属積層造形技術の比較。写真提供：オートデスク
このプロセスでは堆積速度が速いため、形状精度、特徴解像度、表面テクスチャが低下するため、DED で製造された部品は、最終仕上げを実現するために堆積後に追加の処理が必要になることがよくあります。この機械加工の需要と、既存のフライス加工プラットフォームにこの技術を統合することの比較的容易さにより、ハイブリッドマシン (つまり、加法加工と減法加工の両方の機能を備えたマシン) が登場しました。これらのマシンには 3 軸以上が搭載されていることが多く、そのため平面層の従来の制限を超えて材料を堆積させる豊富な機会を提供します。

多軸印刷の利点は何ですか?
多くの低価格のプラスチック 3D プリンターは 3 軸構成になっています。 3 軸プリンターは、比較的手頃な価格で信頼性が高く、豊富なソフトウェアスライスオプションを利用できることが証明されているため、普及しています。しかし、この成功は 3D プリントの能力にも制限をもたらします。張り出した表面を印刷するにはサポート構造が必要であり、部品は既存のジオメトリではなく平らな表面上にのみ構築でき、上向きに曲がった表面は段差効果の影響を受けます。新しい 3D 印刷 DED システムの登場と、CNC フライス盤やロボットアームへの堆積ヘッドの統合の人気の高まりにより、さまざまな新しい可能性が生まれており、DED テクノロジでは以前から多軸ツールパスを使用できるようになりました。

△Meltio DEDテクノロジーを統合したHaas UMC1000。写真提供：メルティオ
DED は将来どのような機会を提供しますか?

Antarctic Bear は、Autodesk が過去 10 年間にわたってさまざまな業界の多くのエンドユーザーと協力してきたことを知りました。多くの金属付加製造アプリケーションと同様に、当初はほとんどのアプリケーションが航空宇宙分野でしたが、オートデスクはその後数年間でこれを海洋、石油・ガス、金型/ツール、防衛、重工業へと拡大しました。ただし、これらの業界によって用途、合金、部品のサイズは異なります。

現在、DED は、部品開発サイクルと生産リードタイムを短縮し、市場投入までの時間を短縮し、スペアパーツの在庫の必要性を減らすことで、従来の市場よりも競争上の優位性を獲得しています。将来的には、この技術を活用して、設計や材料の自由度を高めた高性能・高付加価値部品を生産できるようになるでしょう。たとえば、構造負荷や熱負荷に合わせてコンポーネントを最適化したり、カスタム合金や複数の合金の組み合わせから部品を製造したりします。

DED は、製造プロセスにおける材料効率を高めることで持続可能性を向上させます。つまり、堆積部品 (ニアネットシェイプ、プリフォーム、または堆積パターンと呼ばれる) では、材料ブランクから部品を機械加工する場合と比較して、完成部品を得るために必要な材料除去量が大幅に少なくなります。将来的には、DED と AM は分散型生産モデルを提供します。つまり、部品を単一の工場で生産して最終使用場所に出荷するのではなく、必要なときに現場で生産できるため、輸送に必要な時間が短縮され、炭素排出量が削減されます。

△業界の破壊者：Pix MovingとRelativity Space。 Pix MovingとRelativity Spaceの写真
現在の市場の課題は何ですか?
サプライチェーンの補完:
航空宇宙業界は長年にわたり、3D プリンティング (そしておそらく DED 全般) の主要な支持者でした。航空宇宙部品の供給には大量の高価値合金が必要となるため、3D プリントにより部品加工の過程で不要な材料の無駄を削減できます。さらに、特殊合金は機械加工が難しい（機械加工に時間がかかり、高価な工具を大量に必要とする）ことが多いため、切断しなければならない材料の量を減らすことで、多額の費用を節約できます。

市場のギャップを埋めてこれらのメリットを得るには、特に航空機の構造部品の場合、航空機の修理とこれらの鍛造品の交換に数か月以上かかる可能性があるという問題があります。このような問題に対して、DED は破壊的な効果を発揮します。3D 積層造形技術により、元々印刷された航空機合金部品を鍛造部品の交換部品として使用できます。

△業界の破壊者：Pix MovingとRelativity Space。 Pix MovingとRelativity Spaceの写真
コストを節約し、在庫圧力を軽減します。
DED は、高価値の航空宇宙部品 (ここではタービンブレードやブリスクがよく例として使用されます) や金型、あるいは自動車用途など、摩耗した部品の再生のための新しいソリューションを提供します。 DED は、大量の在庫を保有する必要性をなくし、必要に応じてあらゆるシステムで生産できるスペアパーツのデジタルライブラリに置き換えることで、資本圧力を軽減するソリューションを提供します。

△WAAMPeller。写真提供：Ramlab
南極熊のコメント：近年、国内外で多くの優れた企業が台頭していますが、その目的は長い歴史を持つ伝統的な製造業を転覆させることです。これらの新しい、ペースの速い組織は、DED テクノロジーの利点を通じて、より多くの技術革新を提案し、従来の業界に挑戦しています。たとえば、Pix Moving は、DED プロセスのツール不要の特性を活用して、独占的にカスタマイズされた自律走行車の製造を提供しています。 Relativity Space は、「Stargate」と呼ばれるマルチメーター WAAM システムを使用して、ロケット部品の構想からテスト、そして最終部品に至るまでの時間を大幅に短縮することで、宇宙産業に革命を起こすことを目指しています。

DED 指向性エネルギー堆積技術は、将来的に業界に破壊的変化をもたらす可能性があります。部品の in-situ 印刷についてご存知ですか?

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