■ポイント■
・目覚ましい進化を遂げる3Dプリンターを活用したものづくり!
・さまざまな造形手法や、高精度な造形に向けた革新的技術、材料の特徴を紹介!
・3Dプリンティングの産業応用の最前線も示した1冊!
■概要■
日本における3Dプリンティング(Additive Manufacturing:AM)市場は、これまで主に試作用途や研究開発用途を中心に成長を遂げてきたが、近年は量産技術としての適用可能性が高まりつつあり、今後の産業構造の中核的技術としての定着が期待されている。国際市場との比較においてはやや緩やかな成長を示してきたものの、日本特有の産業構造や品質基準、
技術力の高さが市場の差別化要因として作用し、独自の成長軌道を描きつつある。
本書『未来を創る 3Dプリンティング-日本における材料・技術研究の最前線-』は、国内における先端的な技術開発および材料研究の最新動向を総覧し、さらに多様な応用事例を通じてその社会的・産業的意義を体系的に提示するものである。
本書に携わった多くの研究者、技術者、企業の努力と熱意が凝縮された内容は、今後の3Dプリンティング研究の方向性を示し、国内外の研究者および技術者が共有すべき重要な指標となるであろう。
読者各位におかれては、本書を通じて技術的深化と産業展開の可能性を多角的に理解し、さらに革新的な研究開発ならびに社会実装への着想を深められることを期待する。
＜1＞技術・装置開発
1．マルチマテリアル・マイクロ3Dプリント技術の進展
・はじめに
・さまざまな光造形法の種類と特徴
・多様な光硬化性材料
・マルチマテリアル光造形法の種類と特徴
・まとめ
2．『ものづくりの再構築』-ペレット式3Dプリンタが拓く新しい製造のかたち
・ペレット材料を使える3Dプリンタがもたらす製造の新局面
・ペレット方式の構造と特徴
・リサイクルと新素材への展開
・実証事例と社会実装
・産業的意義と課題
・将来展望
・結論
3．リコーが挑む構造用セラミックス三次元造形技術の開発と特徴
・イントロダクション
-背景
-粒子均質化造形法の構想
・実験目的
-材料
-造形
-乾燥、脱脂、焼結
-造形物の解析
・結果と考察
-グリーン体の緻密化挙動
-PHM法の仮説検証
・結論
4．ワイヤ・レーザDED方式の金属3Dプリンタ「AZ600」
・はじめに
・「AZ600」の特徴
-加工機仕様
-造形プロセス制御
-「加工トレーサビリティシステム」オプション
・「AZ600」の造形実績材種
・造形事例
-ニアネットシェイプ造形
-マルチマテリアル造形
-中空構造造形
-熱間鍛造金型の高強度化
-ダイカスト金型の補修
-溶接
・おわりに
5．ニコンAMの取り組みとDED方式による補修ソリューションの提案
・ニコンAMの取り組みと将来展望
・Lasermeisterシリーズ金属3Dプリンターの活用
-ニコンが金属プリンターを手掛ける背景
-エントリーモデル機から産業用向け機器への展開
・新機種Lasermeister300A/SB100について
-新機種の開発背景について
-タービンブレードの上部摩耗を想定した補修プロセスの一例
-金型補修を想定した事例
-造形品の品質について
-新たなものづくりへの提案
・まとめ
6．高重力場3Dプリンタの開発に向けた取り組みと展望
・緒論
・高重力場AMの原理
・高重力場PBFの実験
・高重力場AMの展望
・結論
7．金属積層造形後のポストプロセス(CASF技術)
概要
・はじめに
・背景
・Cavitation Abrasive Surface Finishingの原理
・キャビテーション現象とは
・CASFの特長
-AM造形部品の異常層・表面粗さの改善とサポート材を除去
-冷却回路等の内部管路壁の表面粗さ改善
-造形部品の強度アップ/疲労寿命向上
・CASF装置の構成と仕様
・今後の期待と展望
8．L-PBF金属3Dプリンタを用いた複雑形状の造形技術への取組み
-基本条件の検証〜アルミのバラ造形-
・はじめに
・造形コストの低減について
-目的
-方法
-結果と考察
・造形物強度の検証
-目的
-方法
-結果と考察
・サポートが造形物形状に与える影響
-目的
-方法
-結果と考察
・バラの形状取得から積層造形まで
-目的
-方法
-結果と考察
・まとめ
＜2＞材料開発
1．超微細チタン酸カリウム繊維を配合した樹脂複合材料
「ポチコンフィラメント」
・はじめに
・チタン酸カリウム繊維:ティスモ、樹脂複合材料:ポチコンに関して
・MEX方式3Dプリンタ用フィラメントの作製と造形
・結果と考察
-フィラメント化評価
-造形性評価
-物性評価
・応用事例
・3Dプリンタ改良による造形性改善
・まとめ
2．DURAST(R)Powderの特徴
・はじめに
・粉末焼結積層造形のプロセスステップと
プラスチックパウダーへの要求特性
・DURAST(R)Powderの特徴とその造形物の特性
・おわりに
3．3Dプリンター用ポリ乳酸フィラメント
・はじめに
・3Dプリンターおよび3Dプリンター用フィラメント
-3Dプリンター
-3Dプリンター用フィラメント
・PLAフィラメントの開発
-開発経緯と目標
-PLAのエナンチオマーの影響
-フィラメントの作製方法
-フィラメントの力学的性能
・ 最後に
4．樹脂設計による光造形用3Dプリンタ材料の機械物性向上検討
・はじめに
・光造形法
・ウレタンアクリレートの合成
・サンプル作製
・耐熱性向上検討(耐熱性材料開発)
・耐熱性と耐衝撃性の両立(タフ材料開発)
・工業用材料ラインナップ
・まとめと今後の展望
5．ヘテロ凝固核粒子を添加した3Dプリンタ用ステンレス鋼粉末の開発
・はじめに
・ヘテロ凝固核の探索
・粉末の作製と評価
・粉末床溶融結合法による3Dプリンティング
・LAMDA200を用いた指向性エネルギー堆積法による3Dプリンティング
・ALPIONを用いた指向性エネルギー堆積法による3Dプリンティング
・おわりに
＜3＞活用に向けた取り組み
1．3Dプリンタ用樹脂粉末の再利用性向上
・はじめに
・樹脂粉末床溶融結合における粉末再利用の難しさ
・粉末再利用に向けた新たなアプローチ
-オレンジピール抑制プロセス
-低温造形プロセス
・おわりに
2．時間を刻むゲルのものづくり-3Dから4Dプリンティングへの展望
・はじめに
・3Dゲルプリンティングの基盤と特徴
・食品分野での応用
・医療・教育・アートへの広がり
・社会実装と産業モデル
・未来展望-4Dプリンティングと社会変革
・おわりに
3．FDM 3Dプリンタを利用した形状記憶ポリマー素子の開発
・緒言
・供試材とFDM 3Dプリンタ
・造形方向と変形特性
・造形速度と曲がり変形挙動
・往復挙動を示す曲がりアクチュエータ
・結言
4．空間型テラヘルツパワーメーター用吸収体の開発
・研究背景
-Beyond 5G/6Gと従来のテラヘルツパワーメーター
-パワーメーターの応答時間の重要性
-吸収率と熱応答性の両立を妨げる要因
・吸収率と高速熱応答性を両立したテラヘルツ波吸収体の開発
-吸収機構
-熱伝達機構
-吸収体の作製方法
-作製サンプル及び評価方法
-吸収特性および熱応答特性
-構造最適化による熱応答性の向上
・今後
5．光造形3Dプリンタによる複雑な形状の金属・樹脂の精密3次元構造体の作製
・序論と背景
・選択的金属化が可能なマルチマテリアル光硬化型3Dプリント
-マルチマテリアル光硬化型3Dプリント
-材料体系
・選択的金属化プロセス
・製造例:微細構造から複雑構造まで
・3D電子デバイス:統合型アクチュエーターとセンサー
-センサー
-アクチュエーターと機能部品
・結論と展望
6．ラティス構造とレーザーパスの最適化による金属AMの残留変形低減
・はじめに
・固有ひずみ法
・最適化問題の設定
・結果と考察
・おわりに
7．金属付加製造法を用いた離型材浸透金型の製作とダイカスト鋳造特性
・緒言
・PBF-LB/Mで得られたポーラス構造体の特性
・ポーラス構造体の離型材浸透特性
・ 離型材を浸透させるダイカスト金型の特性
・結言
8．レーザー積層造形による耐熱鋼のクリープ寿命向上
・背景
・実験方法
・レーザー粉末床溶融結合法により形成するミクロ組織
・レーザー粉末床溶融結合法材のクリープ特性
・まとめ
9．鉄鋼材料とアルミ合金を対象としたマルチマテリアル積層造形技術の確立
・緒言
・粉末作製とプロセス最適化
・界面組織形成
・接合強度
・実物大部品の作製
・まとめ
10．3D光造形法による多様な形状を有する透明シリカガラスの開発
概要
・はじめに
・実験方法
-アクリルモノマーとシリカ粒子の溶解度パラメータ(SP値)
-シリカ粒子分散液の作製とシリカ粒子の分散性評価
-シリカガラス焼結体の作製
・結果および考察
-シリカ粒子分散液の粘度と
アクリルモノマーの溶解度パラメータ(SP値)
-モル凝集エネルギーEcoh、とモル体積Vの関係
-シリカガラス焼結体の作製
11．建設分野における3Dプリンティング技術の開発動向
・建設3Dプリンティング技術を取り巻く学会の動き
・建設用途で使用される3Dプリンティング技術
・3DCPの特徴を活かした新しい技術開発の例
・まとめ
12．3Dプリンターで造形する住宅の特長と展望
まえがき
・はじめに
・世界初の3Dプリンター駅舎、JR西日本 和歌山県初島駅
・建設産業の現状と課題
・3Dプリンター住宅の技術
-セレンディクスによる革新性
-技術ロードマップと開発体制
・社会実装と公共建設の実績
-Serendix10モデルの社会実装と反響
-3Dプリンター住宅による災害復興とBtoB展開の可能性
-3Dプリンティング技術の防衛産業への応用可能性
-Serendix50モデルに対する市場反応と政策的評価
・オープンイノベーションと7つの基幹技術
-オープンイノベーションによる3Dプリンター住宅の実現とその基幹技術
・政令指定都市から90分圏内における「スーパーシティ構想」
・今後の展望とグローバル展開(Go Global)
-セレンディクスの受賞歴とグローバル展開戦略
-タイ素材大手SCGとの業務提携による環境配慮型3Dプリンター建材の共同開発とグローバル展開
・人間の幸せ
最後に
■監修■
山口 修一
(株)3Dプリンター総研
