1970年代に開発されたアディティブ・マニュファクチャリングは、当初から大きな進化を遂げ、想像しうるほぼすべての分野で個人および産業用の精密な利用を可能にしました。 例えば、ホットグルーガンから精密切断用電子ビームまで、その複雑さはさまざまです。
キーポイント
CAD（コンピュータ支援設計）ソフトや3Dセンサー・スキャナーを使用する。
3Dプリンターやラピッドプロトタイピングの技術を応用した
医療、農業、製造業など、安価で効果的な産業用アプリケーション。
アディティブマニュファクチャリングとは？
アディティブ・マニュファクチャリングは、サブトラクティブ・マニュファクチャリングの反対として理解するのが一番です。 削り出しや石工のようなもので、鋭利な工具で素材から質量を巧みに奪い、最終的に使えるものを形にしていく。
つまり、アディティブ・マニュファクチャリングとは、他の素材に質量を加えて、より大きな次元で使用可能な物体を作ることなのです。
アディティブ・マニュファクチャリングは、非常に薄い材料を断面ごとに1枚ずつ重ねて（プリント）、3Dオブジェクトを作成する仕組みです。 この工程は、まるで何もないところから何かを作っているように見えますが、高精度の印刷機械は、構造物のさまざまな部分を分子レベルで加熱・冷却し、層が融合して固定されるように完璧に微調整されています。
アディティブマニュファクチャリングの有益な応用例
お気に入りの家電や機器、家具が突然壊れてしまったことはありませんか？ 製品全体が高価であったり、ユーザーにとって貴重なものであったり、愛用していたものが製造中止になっていたり、交換可能な部品がなかったりと、代用品を購入することができないのです！
そこで救世主となるのが、3Dプリンターです。
アディティブ・マニュファクチャリングでは、摩耗したり故障したりする交換可能な部品のほとんどを、リーズナブルな価格でカスタムメイドすることが可能です。 このような背景から、個人から産業界に至るまで、特定の機械的ニーズを満たすために、リサイクル、交換、そして広く供給することに新たな愛着を持つようになりました。
ここでは、アディティブ・マニュファクチャリング・アプリケーションの無限の可能性について、いくつかのハイライトを紹介します：
企業が取り組むには十分なROIが得られない特定のプロジェクトのためにカスタマイズされた作品です。
サブトラクティブマニュファクチャリングと比較して、材料の廃棄を最大90％削減することができます。
環境に配慮した生分解性プラスチック素材を使用しています。
精密な幾何学設計と物理学
エンジニアの問題解決にビジュアルデザインを奨励する。
個人がアイテムを作成・修理する際のアクセシビリティの向上
創造的な学習や指導を可能にする
商業生産中止の機械も長持ちさせる
3Dプリンターで作る肉は、食品産業が抱える動物性タンパク質の窮屈な需要を解決するのに役立つ
命を救うヘルスケアウェアラブルは、一般人にも安価で豊富な種類がある
高度に複雑で完璧に測定された幾何学的形状を容易に作成することができる。
ラピッドプロトタイピングにより、より効果的でコスト効率の高い研究開発が可能になります。
その効果や用途は、数え切れないほどです。 近年、アディティブマニュファクチャリングが提供する緊急のソリューションの1つは、COVIDパンデミック開始時のPPE不足への対応である。 サプライチェーンが急遽PPEを届けられなくなったとき、個人が医療現場の最前線のために部品や新しいウェアラブルソリューションを3Dプリントし始め、国際的な不足を緩和するのに役立った。
アディティブ・マニュファクチャリングの危険性
どんな新しい技術でもそうですが、革新的な未来は、固有のリスクによって抑制されます。 積層造形では、この技術の利用拡大によるリスクはやや特殊です：
第一に、知的財産権の基準が侵される危険性があることです。 他の人と同じ3Dプリンターを持っていれば、その人の製品をかなり簡単に複製することができます。 しかし、これは特許部品の価格破壊に関しては逆効果であり、製品の複製に関する知識や容易さは、官僚や企業当局が課す過剰なコストを押し下げるのに役立ちます。
第二に、安全性に関して、品質管理のリスクがあることです。 アディティブ・マニュファクチャリングが身近になり、初期コストが下がったため、個人の責任や連邦法に背く人もいます。
例えば、3Dプリンター技術の向上により、個人が登録制を無視して独自の銃器や銃の部品を印刷できるようになることが懸念されています。
これは明白な意味で危険であるだけでなく、このシナリオでは品質テストが行われていないため、製品の故障の確率が高くなり、健康や安全に対するリスクがさらに高まることになります。 この問題は健康産業でも同じで、ある医療機器部品をより身近で安価なものにするために一斉に3Dプリントする場合、耐久性や高い性能を最大限に保証する必要があります。
アディティブマニュファクチャリングの7つのタイプ
積層造形には7つの種類がありますが、技術の進歩に伴い、分類や名称も革新的に変化しています。
- バインダージェット
このタイプの3Dプリンターは、断面のセラミックや金属の粉末の層に、インクジェットのようなプロセスで接着結合液を塗布するものです。 - Directed Energy Deposition (DED)
レーザー光線を用いて金属片（または金属粉）を溶かし、材料の層を形成する積層造形法です。 また、ガスメタルアーク溶接や電子ビームを使った自由曲面加工もこのカテゴリーに含まれます。 - 材料押出し
アクセスしやすい付加製造の形態として最もよく知られているのは、プラスチックフィラメントを薄く塗布して最終製品を作る材料押し出しです。 FFF（Fused Filament Fabrication）マシンを使って行います。 このタイプのAM機は、数百ドル程度の低価格で家庭用としても利用できますが、作成できる物体の大きさや向き、持続的な機能性などに大きな制約があります。 - パウダーベッドフュージョン
レーザー焼結、レーザー溶融、電子ビーム溶融などを用いて、金属やポリマーを融合させる技術です。 この定着は、仮支持を高めるために粒状ベッドの中で行われます。 - シートラミネート
この付加製造の分野では、紙やプラスチック、金属などの安価な素材を接着剤で薄く貼り合わせ、接着するまでしっかりとプレスします。 タングステンブレードは、最終的な製品の細かいカットを行うことができます。 - ステレオリソグラフィー
立体造形は「槽重合」とも呼ばれ、樹脂などの液体材料を紫外線（UV）で硬化させ、固形化するプロセスです。 光照射を制御することで重合が起こり、添加物の層間に共有結合が形成され、製品が強化されます。 - マテリアル・ジェッティング
この技術はバインダージェットとよく似ていますが、このバージョンでは、支持体となる粉末の粒状ベッドを使用せず、生産対象の上に直接ワックス状の層で添加材料を液滴ごとに添加します。 この方法は、他の方法に比べてかなり安価ですが、最終的なオブジェクトは弱くなります。
正しい積層造形法の選び方
アディティブ・マニュファクチャリングは、その性質上、必要とされるほとんどすべての役割を果たすことができるワイルドカードです。 このため、論理的に逆算するのが一番です。
つまり、アディティブ・マニュファクチャリングをもっと推進するために何ができるかを自問するのではなく、アディティブ・マニュファクチャリングがあなたのために何ができるかを自問するのだ。
しかし、アディティブ・マニュファクチャリングは、カスタムで個別のソリューションを必要とするほとんどのシナリオに適用できる、スイス・アーミー・ナイフのようなものだと考えるのがベストな考え方です。
新しい3Dアプリケーションが、いつ新しい積層造形法を生み出すか分からないので、実験してみてください！
