第 1 回三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム ( 次世代型産業用 3D プリンタ等技術開発 ) 研究開発プロジェクト中間評価検討会資料 5-1 三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム ( 次世代型産業用 3D プリンタ等技術開発 ) 次世代型産業用 3D プリンタ技術開発

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ゆりかかみいしづ
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1 第 1 回三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム ( 次世代型産業用 3D プリンタ等技術開発 ) 研究開発プロジェクト中間評価検討会資料 5-1 三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム ( 次世代型産業用 3D プリンタ等技術開発 ) 次世代型産業用 3D プリンタ技術開発状況

2 技術類型要素技術開発内容電子ビーム複層積層異種金属を敷く技術異種金属リコター開発制御システム開発 (b-4) レーザービーム末ソフトウエア)その他各方式の要素技術 1 高速高精度ヒーム径一定で高速走査する技術電子銃開発高速偏向アンプ開発収束レンズ開発電子ビームコラム高度化 (b- 1 2 c-3) 粉末を高速で敷く技術高速リコーター開発 (b-2) 造形精度を向上する技術高精度電子銃開発 8 極偏向レンズ開発高精度制御システム開発 (b-1 2 c-4) 品質検査を確立する技術ユーザー仕様の試作造形と品質検査技術開発 (b-5) 造形条件テータヘースの構築溶融凝固プロセス解明造形条件確立シミュレーション技術高度化 (a ) 大型大面積を照射する技術電子ビームコラムの高度化着脱式大型造形ボックスチャンバー開発 (c-1 2) ( 粉高速高精度レーサー光を高速走査する技術ノズルを高性能化する技術微細に造形する技術造形条件テータヘースの構築高精度ガルバノ制御系開発 (g-1) 高輝度シンクルモートファイハレーサー開発 (g-3) 高精度高収束ノズル開発 (e-2 3, f-2) 微細造形ノズル開発微粉末供給機開発 (e-4) 溶融凝固プロセス解明熱変形シミュレーション開発ミクロ溶融凝固シミュレーション精緻化 (d f-3) 大型大面積を照射する技術ガルバノミラー複数台制御技術開発大型用粉末供給回収ワーク取出し機構開発 (g-2) 複層積層異種金属のプロセス技術本体造形装置粉末供給法の開発ユーザ仕様の試作造形モニタリング機能開発 (e-1 2 f-1 2) 粉末製造適正粉末を製造する技術新型アトマイズ装置開発アルミ粉末製造技術開発 (h ) 粉末分級分級の精度を上げる技術遠心分離方式分級機開発 (h-3) 粉末修飾流動性向上と酸化低減化最適材料プロセスで改善 (h-4) ソフトウエア開発ソフトウエア操作性の向上統合ソフトウエア開発 STL データ処理技術開発加工条件最適パス生成技術開発 (i-1 2 3)

3 3. 事業アウトプット ( 中間目標 ) 中間評価での重点目標はそれぞれの研究開発テーマを設定しそのテーマごとに個別要素技術課題を設定している 2 事業アウトプット指標中間評価での重点目標 1 電子ビーム方式の 3D 積層造形装置技術開発電子ビーム方式の要素技術研究複層化電子ビーム 3D プリンタの開発研究開発テーマ大型高速電子ビーム 3D プリンタ開発 2 レーザービーム方式の 3D 積層造形装置技術開発レーザービーム方式の要素技術研究複層化レーザービーム 3D プリンタの開発 ( レーザートリミング方式 ) 複層化レーザービーム3Dプリンタの開発 ( マシニングセンタ方式 ) 大型高速レーザービーム3Dプリンタ開発 3 金属等粉末開発及び粉末修飾技術開発新アトマイズ法による高融点高活性金属粉末製造技術の開発気体流による遠心分離方式による金属粉末分級機構の開発高機能粉末製造のための粉末修飾技術の開発 4 周辺技術 ( 高機能複合部材の開発後加工未使用粉末の回収等技術 ) 開発爆発防止等装置の安全性造形物の自動搬出粉末自動供給ブラストなど装置周辺装置の開発高機能複合部材の開発および積層条件の開発

4 3. 事業アウトプット ( 開発機中間目標 ) 3 ビームの種類 ( 雰囲気 ) 電子ビーム ( 真空 ) レーザービーム ( 不活性ガス ) a. 要素技術研究機装置名称等開発担当東北大学 ( 多田電機 ( 株 ) 日本電子 ( 株 )) b. 複層電子ビーム 3D プリンタ日本電子 ( 株 ) c. 大型高速電子ビーム 3D プリンタ多田電機 ( 株 ) d. 要素技術研究機近畿大学 (( 株 ) 松浦機械製作所 ) e. レーザートリミング方式の複層レーザービーム 3D プリンタ ( 株 ) 東芝東芝機械 f. マシニングセンタ方式の複層レーザービーム3Dプリンタ三菱重工工作機械 ( 株 ) 三菱重工業( 株 ) g. 大型高速レーザービーム3Dプリンタ ( 株 ) 松浦機械製作所古河電気工業 ( 株 ) 目標指標 ( 中間評価時 ) 造形サイズ (mm) 積層造形速度 (cc/h) 寸法精度 (μm) W:200(250) L:200(250) 80 以上 ±200 H:350 W:300 L:300 H:600 W:500 L:500 H:600 W:250 L:250 H:185 W:300 L:300 H:100 W:300 L:300 H:100 W:500 L:500 H: ± ± 以上 ± ± ± ±50

3D プリンタ ( レーザートリミング方式 ) f 複層レーザービーム 3D プリンタ ( マシニング方式 ) g 大型レーザービーム 3D プリンタ h 粉末製造技術 i 3D プリンタ制御ソフトウェア開発次世代型産業用 3D

5 3- 次世代型産業用 3D プリンタ技術開発航空宇宙自動車分野を中心とした世界一の性能を誇る次世代型産業用高速高精度大型 3D プリンタの開発に向け装置メーカー材料メーカーユーザー企業大学などの英知を結集 4 電子ビーム方式の 3D 積層造形装置開発 a 電子ビーム方式要素技術研究 b 複層電子ビーム 3D プリンタ c 大型高速電子ビーム 3D プリンタ熱源レーザービーム方式の 3D 積層造形装置開発 d レーザービーム方式要素技術研究 e 複層レーザービーム 3D プリンタ ( レーザートリミング方式 ) f 複層レーザービーム 3D プリンタ ( マシニング方式 ) g 大型レーザービーム 3D プリンタ h 粉末製造技術 i 3D プリンタ制御ソフトウェア開発次世代型産業用 3D プリンタに適した粉末特性を有する世界最高品質で低コストの金属粉末を製造する技術開発 3D プリンタ装置 k 事業化ブランド戦略及び知財戦略標準化戦略次世代型産業用 3D プリンタにおける大型化高速化高精度化を実現するための制御ソフトウェアの開発

6 3-5 次世代型産業用 3D プリンタ技術開発電子ビーム方式電子ビーム方式要素技術研究機複層電子ビーム 3D プリンタ大型高速電子ビーム 3D プリンタレーザビーム方式レーザービーム方式要素技術研究大型レーザービーム 3D プリンタ複層レーザービーム 3D プリンタ ( レーザートリミング方式 ) 複層レーザービーム 3D プリンタ ( マシニング方式 )

7 3. 事業アウトプット ( 技術課題 ) 6 a) 電子ビーム及びレーザービーム共通 1 異種金属を傾斜構造で積層することを可能とする 2 装置で使用する積層造形用の制御ソフト等を開発する 350μm 以下の粒径の金属粉体の仕様を可能とする b) 電子ビーム方式 1 電子ビームの出力は 5kW 以上ビーム径を 100μm 以下に絞ることを可能とする 2 電子ビームコラムの陰極は 1000 時間以上の連続加工に耐えうるものとする 3 加工室を真空にする場合は真空度を 1x10-2 Pa 以下とする C) レーザービーム方式 1 レーザービーム出力が 2kW 以上のファイバーレーザーを使用できる環境としまたビーム径は 100μm 以下に絞れるものとする 2 ガルバノミラーの高速化複数台対応についても考慮するものとする d) 金属粉末開発及び粉末修飾技術開発 1 金属粉末の製造技術について粒径分布の狭幅化微細化を図る 2 鉄系銅系ニッケル系チタン系コバルト系等の 3D プリンタ用金属粉末の製造技術を確立する 3 高温耐熱合金耐蝕合金などの新合金材料を当該産業用 3D プリンタにおいて使用できる技術として確立する 4 金属粉末の高品質および低コストとなる技術を開発する 5 防錆等の粉末修飾技術および傾斜材料用粉末製造技術を確立する 6 チタン系及び新合金材料を除く各種粉体については粒径 20μm 以下のものについても使用できるよう実用化開発する e) 周辺技術 ( 高機能複合部材の開発後加工未使用粉末の回収等技術 ) 開発 1 爆発防止等装置の安全性について十分な配慮を行う 2 造形物の自動搬出ブラスト粉体自動供給金属粉体分離不要粉体自動回収機構等周辺装置を開発する 3 造形物の精度向上に資する最適な後処理加工等を検討する 4 高機能複合部材の開発及び積層条件等を検討する 5 粉末の高性能分級技術を検討する

8 3. 対象とする金属 7 開発対象とする金属は以下の通り 1. 鉄系 :SUS316L SUS304 S30C 2. 銅系 : 純 Cu 銅合金 3. ニッケル系 : ニッケル基超合金 ( インコネル718) 4. チタン系 :Ti6Al4V 5. アルミ系 :Al-10Si-0.4Mg

9 3. 個別要素技術アウトプット指標目標値及び状況 8 < 状況詳細 / 原因分析 ( 未の場合 )> 方式 : 複層電子ビーム3Dプリンタ開発担当 : 日本電子 ( 株 ) 項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 積層造形速度 250 cc/h 未造形精度 40 ±μm 以下造形可能範囲 *1 300x300x600 mm 以上 300x300x x300x600 複層機能可能可能可能粉末スキージング技術開発と Ti-6Al-4V の造形条件を見出すのに時間を要し造形速度が 85% と未造形前のパウダー予熱の時間最適化を図り時間短縮する事で今後目標をする方式 : 大型高速電子ビーム 3D プリンタ開発担当 : 多田電機 ( 株 ) 項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 積層造形速度 250 cc/h 未粉末スキージング技術開発との Ti-6Al-4V 造形条件を見出すのに時間を要しまた大型のために試験準備実施に時間がかかったこともあり造形速度が 40% と未フリヒート熱量アップヒーム形状最適化でする見込み造形精度 100 ±μm 以下造形可能範囲 *1 500x500x600 mm 以上 1000x1000x x500x600 方式 : レーザートリミング方式の複層レーザービーム 3D プリンタ開発担当 :( 株 ) 東芝東芝機械 ( 株 ) 項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 積層造形速度 50 cc/h 造形精度 50 ±μm 以下造形可能範囲 *1 300x300x100 mm 以上 300x300x x300x100 複層機能可能可能可能 *1 造形可能範囲の中間目標値については装置の最大造形サイズ ( 図面と実物の確認 ) とビーム照射範囲の確認をもって中間目標の判断とする

10 3. 個別要素技術アウトプット指標目標値及び状況 9 < 状況詳細 / 原因分析 ( 未の場合 )> 方式 : マシニングセンタ方式の複層レーザービーム 3D プリンタ開発担当 : 三菱重工工作機械 ( 株 ) 三菱重工業 ( 株 ) 項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 積層造形速度 50 cc/h 造形精度 50 ±μm 以下造形可能範囲 *1 300x300x100 mm 以上 300x300x x300x100 複層機能可能可能可能方式 : 大型高速レーザービーム 3D プリンタ開発担当 :( 株 ) 松浦機械製作所古河電気工業 ( 株 ) 項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 積層造形速度 250 cc/h 未大型スキージング装置開発流動特性を含めた粉末特性の見極めとインコネル 718 の造形条件を見出すのに時間を要し造形速度が 55% と未レーサー 2 台化マルチ制御化によりする見込み ( なお予算減額により平成 27 年度目標は 125cc/h とし中間目標 250cc/h は平成 28 年度としている ) 造形精度 50 ±μm 以下造形可能範囲 *1 500x500x400 mm 以上 1000x1000x x600x400 レーザービーム出力 2 KW 以上 2 方式 : レーザ発振器開発担当 : 古河電気工業 ( 株 ) 中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) レーザービーム出力 2 KW 以上 2 13W 励起半導体レーザチップ試作完了試作完了 150W 励起半導体モジュール試作完了試作完了

11 3. 個別要素技術アウトプット指標目標値及び状況 10 < 状況詳細 / 原因分析 ( 未の場合 )> 新アトマイズ法による高融点高活性金属粉末製造技術の開発開発担当 : 大同特殊鋼 ( 株 ) 開発金属 : チタン合金チタンアルミ合金項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 噴霧現象の数値化可視化技術活用による噴霧現象数値化ガス流速定量化, 可視化技術構築計測技術を活用した定量的な噴霧解析技術構築チタン合金粉末試作チタン合金粉末粒径 75μm 以下試作チタン合金粉末粒径 45μm 以下試作チタン合金粉末粒径 75μm 以下の分級歩留 42.3% 気体流による遠心分離方式金属粉末分級機構の開発開発担当 : 山陽特殊製鋼 ( 株 ) 鉄鋼材耐熱鋼ステンレス鋼開発金属 : Ni 基超合金 ( インコネルハステロイ ) Co-Cr 合金項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 分級精度分級精度粉末粒径 45μm 以下とした場合の累積 95% での粒度 40μm 以下粉末粒径 125~45μm とした場合累積 5% での粒度 50μm 以上累積 95% での粒度 120μm 以下粉末粒径 45μm 以下とした場合の累積 95% での粒度 40 μm 以下累積 95% での粒度 35μm 累計 5% での粒度が 61μm, 累計 95% での粒度が 115μm 分級歩留篩分級での歩留に対して遠心分離式粉体分級機構法にて 20% 以上向上同一粒度分布篩分級に対し本開発法で 40% 以上歩留向上篩分級に対して 28.5% の歩留り向上高機能粉末製造のための粉末修飾技術の開発開発担当 : 福田金属箔粉工業 ( 株 ) 開発金属 : 銅銅合金項目中間目標最終目標現状値度原因分析 ( 未達の場合 ) 銅系金属粉末製造技術開発 ( カスアトマイス銅粉対象 ) 粉末粒径 45μm 以下の収率 :60% 以上粉末粒径 105/45μm の中間粒度収率 : 25% 以上粉末粒径 45μm 以下の収率 :75% 以上粉末粒径 105/45μm の中間粒度収率 :30% 以上粉末粒径 45μm 以下の収率 :66% 以上粉末粒径 105/45μm の中間粒度収率 : 28% 以上金属粉末修飾技術開発 ( カスアトマイス銅粉 :45μm 以下対象 ) 粉末流動度 :45 秒 /50g 以下酸化増加率 :10%/20 日以下粉末流動度 :30 秒 /50g 以下酸化増加率 :5%/20 日以下粉末流動度 :20.3 秒 /50g 以下酸化増加率 :9.90%/20 日以下

12 3. 個別要素技術アウトプット指標目標値及び状況 11 < 状況詳細 / 原因分析 ( 未の場合 )> アルミニウム合金粉末の製造技術開発開発担当 : 東洋アルミニウム ( 株 ) 開発金属 : アルミニウム合金項目中間目標最終目標成果度原因分析 ( 未達の場合 ) アルミニウム合金粉末の製造技術開発レーサーヒーム / 電子ヒーム積層造形用アルミニウム合金粉末に関する要求特性の明確化レーサーヒーム / 電子ヒーム積層造形で密度 99% 以上をできるアルミニウム合金粉末レーサーヒーム積層造形装置 : 粒度分布を調整する事により相対密度 99.5% をした電子ヒーム積層造形装置 : 粉末の球状度サテライト粉末の量粒度分布幅の改善が必要であることが判明しさらなる検討を進めている 3Dプリンタ用制御ソフトウェア開発開発担当 : シーメット ( 株 ) ( 株 ) 松浦機械製作所項目中間目標最終目標成果度原因分析 ( 未達の場合 ) 1STL AMF データ処理技術 STL/AMF データ変換ソフトウェアの開発 STL/AMF データ変換ソフトウェアの開発 STL/AMF データ変換ソフトウェアの開発を完了し装置開発メーカー及びユーザーへ展開して改良中である 2 加工条件 / 最適パス生成技術加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定及び化加工前評価ソフトウェア開発加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定及び加工前評価ソフトウェア開発加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定及び加工前評価ソフトウェア開発を完了し装置開発メーカー及びユーザーへ展開して改良中である 3 統合ソフトウェア開発加工材料評価データベースとの連携可能な加工条件 / 最適パス生成ソフトウェア開発のためのプラットフォーム構築加工材料評価データベースとの連携可能な加工条件 / 最適パス生成ソフトウェア開発統合ソフトウェアのプラットフォームを開発した

13 目次 12 a 電子ビーム方式要素技術研究 b 複層電子ビーム3Dプリンタ c 大型電子ビーム3Dプリンタ d レーザービーム方式要素技術研究 e 複層レーザービーム3Dプリンタ ( レーザートリミング方式 ) f 複層レーザービーム3Dプリンタ ( マシニング方式 ) g 大型レーザービーム3Dプリンタ h 粉末製造技術 i 3Dプリンタ用制御ソフトウェア開発 k 事業化ブランド戦略

14 3-a 目標電子ビーム方式の 3D 積層造形装置技術開発世界最高水準の次世代型産業用三次元積層造形装置 ( 電子ビーム方式 ) の開発 a 要素技術研究 ( 東北大学 ) b 複層電子ビーム 3D プリンタの開発 ( 日本電子 ) c 大型高速電子ビーム 3D プリンタの開発 ( 多田電機 ) 13 開発する技術 b-4 複層造形技術 c-2 大型化粉末供給ワーク取り出し技術 Cu Ti-6Al-4V リコータ電子銃コラム b-1,c-1 電子源長寿命化技術 b-23,c-34 電子ビーム高速高精度偏向技術粉末床造形物表面着脱式造形ボックス造形物テーブル駆動 a-12 溶融凝固プロセスの解明 a-1 プロセスマップ a-3 伝熱溶融溶融凝固シミュレーション技術 a-4 データベース構築

15 3-a-2 成果目標の度成果目標の度 (1/2) 東北大学 14 電子ビーム方式要素技術研究要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 a-1-1 電子ビーム積層造形における金属粉末の溶融凝固プロセスの解明 Ti-6Al-4V インコネル 718 CoCrMo 等の合金材料のレシピ開発及び造形試験を行う Ti-6Al-4V の造形ではプレヒーティングでの投入エネルギを調整することによって 1 層当たりの造形時間を 38% 短縮した造形面積が大きいほど造形物個数が多いほど溶融時間が長くなる結果として造形場の温度降下が大きくなり造形時間を長くしてしまうことが判った a-1-2 電子ビーム積層造形における金属粉末の溶融凝固プロセスの解明インコネル 718 でプロセスマップを作成し高速大型機複層電子ビーム 3D プリンタの開発へ提供する投入エネルギービーム走査速度を任意に調整し造形試験を行うことに成功したラインエネルギーでどの程度までエネルギーを投入できるか明らかになってきたしたがって今後さらなる最適条件を求める実験を行うことが可能になった

16 3-a-2 成果目標の度 15 東北大学電子ビーム方式要素技術研究成果目標の度 (2/2) 要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 a-2 金属粉末材料毎の積層造形に適した造形条件 ( レシピ ) の確立 a-3 溶融凝固シミュレーション技術 a-4 電子ビーム方式積層造形データベース造形条件 ( レシピ ) を開発するために粉末電気抵抗とスモーク現象との関係を明らかにする金属粉末の焼結 / 伝熱 / 溶融 / 凝固 / 残留応力までの一連の電子ビーム積層造形固有の挙動を丸ごと記述できるシミュレーション技術を開発する開発フェイズに対応した拡張性のあるデータベースのプロトタイプ構築各粉末の電気抵抗測定結果と造形実験結果を照合しスモークが発生する抵抗率温度についておおよその見当がついた金属粉末の電気抵抗は温度を上げると低下するがその後降温させてもほぼ一定となることや温度だけでなく温度保持時間の影響を受けることが判った粉末粒子へのビーム照射において粉末粒子径の分布が溶融挙動や仮焼結挙動に大きく影響し健全な造形のためには粒度のコントロールが重要であることなどを明らかにしたまた伝熱のみを考慮した FEM シミュレーションと凝固マップから予測される材料組織と実際にビーム照射による溶融凝固で得られる組織の間には大きな差があることを明らかにし流動を考慮したシミュレーションと凝固マップの精査が不可欠なことを示した材料 DB 形状モデル DB 造形条件 DB 造形履歴 DB 造形結果 DB を統合した積層造形データベースのプロトタイプが完成した

17 3-b-2 成果目標の度日本電子 16 成果目標の度 (1/2) 複層電子ビーム3Dプリンタ要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 (1) 複層 3D プリンタ用高速高精度電子銃の開発 1 加速電圧 60kV で 6kW の Lab6 を搭載する電子銃を開発する 2 ビーム径 :100μm 以下を実現する 3 電子銃の寿命 :1,000 時間以上を実現する 1 加速電圧 60kV の Lab6 電子銃搭載した電子銃を製作し 2015 年 1 月に試作機に搭載し完成し 2015 年 12 月に改良を含め完了した 2 ビーム径 100μm 以下をファラディカップで計測しした 3 電子銃寿命 540 時間後消耗度を計測し 1,944 時間まで到達可能と判断し測定継続 (2) 電子ビーム 3D 積層造形高速化技術 1250cc/h 以上の積層造形速度を目指す ( 市販製品 80cc/h) 1 実造形時間 146.9cc/h をし造形可能 30cm 範囲で試算すると速度 214.6cc/h となった造形前のパウダー予熱の時間最適化を図り時間短縮する事で今後目標をする 85% (3) 電子ビーム積層造形高精度化技術 1 精度 ±40μm 以下をする 2 高品質造形を実現する真空度 [Pa] 以下とする 1 粉末中心粒径 75μm の Ti-6Al-4V を積層厚 100μm で 1cm 立方体造形し精度測定をした結果 :±27μm をした 2 造形室の真空度 [Pa] を (4) 異種材料の複層積層技術 12 種類の金属粉末のパウダーリコート技術を確立する 22 種類の異種金属造形を実現する 1 異種金属のパウダーベッド制御技術を確立した 2Ti-6Al-4V と Cu の異種金属をパウダーベッド方式積層技術を用いて造形を実現した (5) ユーザ造形品試作と検査技術 1 ユーザ産業部品を積層造形技術で製作をする 2 粉末解析造形品検査手法の検討実施する 1 ユーザ企業 2 社の産業物造形完了した 2 表面分析装置による粉末材料の分析造形品の非破壊検査等を実施

18 3-b-2 成果目標の度日本電子 17 成果目標の度 (2/2) 複層電子ビーム3Dプリンタ未項目要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 (2) 電子ビーム 3D 積層造形高速化技術 1250cc/h 以上の積層造形速度を目指す ( 市販製品 80cc/h) 1 実造形時間 146.9cc/h をし造形可能 30cm 範囲で試算すると速度 214.6cc/h となった造形前のパウダー予熱の時間最適化を図り時間短縮する事で今後目標をする 85% 原因分析と対策粉末スキージング技術開発と Ti-6Al-4V の造形条件を見出すのに時間を要し積層造形速度が 85% と未造形前のパウダー予熱の時間最適化を図り時間短縮する事で今後目標をする

19 3-c-2 成果目標の度成果目標の度 (1/2) 多田電機 18 大型電子ビーム 3D プリンタ要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 c-1 大型 3D プリンタ用電子ビームコラムの高度化 1 出力 :6kW 2 ビーム径 :100μm 以下 3 陰極加熱寿命 :1,000 時間以上 1 出力 6kW 陰極加熱 1,000 時間以上をし大型造形物の造形に資する電子ビームコラム技術を確立した 2 ビーム径 φ100μm 以下をし高精度造形に資する電子ビームコラム技術を確立した c-2 大型化技術 *1 1 大面積照射技術 2 着脱式大型造形ボックス 3 粉体供給装置に開発により造形サイズ 500mm 500mm 600mm 以上の大型装置の開発電子ビーム出力 (6kW) 電子ビーム照射範囲 (500mm 500mm) 造形ボックスサイズを確認し 500mm 500mm 600mm の造形サイズに資する大型電子ビーム 3D プリンタ装置を開発した c-3 高速化技術電子ビームコラム開発により積層造形速度 250cc/h 以上の高精度高速モード切り替え方式および最大ビーム照射速度 15,000m/s の電子ビームコラムを開発したその結果積層造形速度 100cc/h をした未 (40%) c-4 高精度化技術電子ビーム制御システムの開発により造形精度 ±100μm 以下の電子ビーム制御システムを開発し造形物の精度 ±100μm 以下 (±78μm) をした

20 3-c-2 成果目標の度大型電子ビーム 3D プリンタ成果目標の度 (2/2) 多田電機 19 未項目要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 c-3 高速化技術電子ビームコラム開発により積層造形速度 250cc/h 以上の高精度高速モード切り替え方式および最大ビーム照射速度 15,000m/s の電子ビームコラムを開発したその結果積層造形速度 100cc/h をした未 (40%) 原因分析と対策粉末スキージング技術開発との Ti-6Al-4V 造形条件を見出すのに時間を要しまた大形のために試験準備実施に時間がかかったこともあり積層造形速度が 40% と未フリヒート熱量アップヒーム形状最適化でする見込み

レーザービーム方式要素技術研究 e 複層レーザービーム 3D プリンタ開発 ( レーザトリミング方式 ) f

プリンタ開発 20 開発する要素技術 e,f-2 高速高精度化 e-3 高精度ノズル e,f-1

リコターローラー g-12 高速化高精度化技術ガルバノメータ複数台制御粉末床粉末回収口パワー

191 76 38 g-3 高出力シンクルモートファイハレーサー 57 エネルギー密度が適正な領域

図中の数値はエネルギー密度 [ J/mm3 ] 700 1400 2100 2500 走査速度 [ mm/s

21 3-d- 目標レーザービーム方式の 3D 積層造形技術開発世界最高水準の次世代型産業用三次元積層造形装置の開発 ( 大型造形高速造形高精度複層化 ) d レーザービーム方式要素技術研究 e 複層レーザービーム 3D プリンタ開発 ( レーザトリミング方式 ) f 複層レーザービーム 3D プリンタ開発 ( マシニング方式 ) g 大型高速レーザービーム 3D プリンタ開発 20 開発する要素技術 e,f-2 高速高精度化 e-3 高精度ノズル e,f-1 複層造形技術 e-4 微細造形技術トリミンク方式マシニンク方式ノズルガルバノメータ / レンズリコターローラー g-12 高速化高精度化技術ガルバノメータ複数台制御粉末床粉末回収口パワー [ W ] エネルギー密度 700 が過大な領域 g-3 高出力シンクルモートファイハレーサー 57 エネルギー密度が適正な領域 64 エネルギー密度が過小な領域 f-3 新工法開発造形物造形テーブル図中の数値はエネルギー密度 [ J/mm3 ] 走査速度 [ mm/s ] d-1 溶融凝固プロセス d-2 プロセスデータベース d-3 シミュレーション技術 / 歪 f-45 シミュレーション技術 / マクロミクロ g-2 大型化技術 ( 粉末供給回収ワーク取り出し )

22 3-d-2 成果目標の度成果目標の度 (1/1) 近畿大学 21 レーザービーム方式要素技術研究要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 d 1 溶融凝固プロセスの解明溶融凝固現象解析のためのモニタリング技術の確立及び溶融凝固現象の解明高速度カメラサーモビューワによる超高速レーザー照射時の溶融凝固現象解析技術を確立し従来の溶接における低速レーザー照射時の溶融凝固現象と大きく異なることを明らかにした SUS630 及びインコネル 718 の溶融凝固現象を明らかにしミクロシミュレーションの高精度化に資する結果を得た d 2 積層造形データベース化鉄系材料超合金アルミ合金チタン合金のプロセスマップ ( レシピ ) の作成とデータベース化装置に最適な粉末特性を明らかにした各種材料のプロセスマップを作成し最適造形条件を明らかにした市販の欧米企業の装置のデータに匹敵する機械的性質を有する造形体の作製が可能となった d 3 熱変形 ( 残留応力歪 ) シミュレーション技術汎用ソフトによるミリオーダー伝熱熱変形解析コードの開発及び単純形状品の造形結果との比較による高精度化レーザースポット周りのミクロスケールの過渡的温度場の数値解析による推定と実験的測定が可能となった. マクロスケールな熱変形の推定も実測値比較数 % 誤差での可能となった.

23 3-f-2 成果目標の度成果目標の度 (1/1) 三菱重工業三菱重工工作機械 22 複層レーザービームプリンタ ( マシンニング方式 ) 要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 f-1 異種材料の複層積層技術 f-2 高速化高精度化技術 f-3 ミクロ溶融凝固シミュレーション技術加熱レーザー機能造形モニタリング機能を備えた複層積層造形装置の開発収束性とシールド性を両立する粉末噴射ノズルの開発材料毎プロセスマップによる造形条件の最適化検討粉末サイズを考慮した粉末粒子レベルのミクロ解析モデルおよび材料入熱条件の違いをパラメータ評価できる方法の構築加熱レーザー機能造形モニタリング機能を備えた一次試作機を開発し非鉄金属材料と金属材料の複層積層試作を実施良好に異材種の複層造形ができることを確認した CFD 解析を粉末噴射ノズルの設計に適用し収束性とシールド性を両立する粉末噴射ノズルを開発した 3 種の材料についてプロセスマップを作成データベース化することで積層造形速度 250cc/h 以上 ( 値 360cc/h) 造形精度 ±50μm 以下 ( 値 ±24μm) の中間造形目標値をした開発したモデルでチタン合金とインコネルについてレーザー出力と走査速度をパラメータとした 3 3 マトリックスのプロセスマップをスパコン京で計算し実造形の溶融池幅 (150μm 以上 2 点未満 5 点ビード形成せず 2 点 ) と傾向一致した今後さらなる精緻化で定量性を追求する

24 3-g-2 成果目標の度成果目標の度 (1/3) 松浦機械製作所 23 大型高速レーザビーム 3D プリンタ要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 g-1 高速化技術 1 高速高精度粉末積層装置開発 2 高出力レーザー開発 3 高速高精度ガルバノミラー開発及び複数台制御技術開発による積層造形速度 :250cc/h 以上 ( 中間評価時は 125cc/h) 積層造形速度 :68.5cc/h mm のワークを造形したワーク完成までの時間 :1 時間 27 分 40 秒今後の取組みレーザー 2 台マルチ制御等により高速化目標をする予定未 ( 実施中 ) g-1 高精度化技術 1 高速高精度粉末積層装置開発 2 高速高精度ガルバノミラー開発による造形物の精度 ±50μm 以下精度 :±50μm mm のワークを造形し寸法精度を測定 g-2 大型化技術 *1 1 高速高精度ガルバノミラー開発及び複数台制御技術開発 2 粉末供給回収機構及びワーク取出し機構開発による造形サイズ : mm 造形サイズ : mm 上記機械仕様の装置を設計製作した ( 一次試作機 ) 一次試作機にて mm の格子を描画しストロークを確認した一次試作機に 616mm 128mm 203.5mm の試作品を製作した

25 3-g-2 成果目標の度成果目標の度 (2/3) 古河電気工業 24 大型高速レーザビーム 3D プリンタ要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 g-3 高輝度シンクルモートファイハーレーサー技術 976nm 励起および共振器 YDF 長の短尺化 270W LD 用 TFB の開発 QBH ケーブル用光ファイバーの MFD 拡大 YDF 短尺化 (24m 18m) による SRS 低減の確認 1+6:1 TFB の開発 1.4kW の入力耐性を実現の MFA の導入シングルモード 2kW 出力を確認した 6kW ファイバレーザーを国内初めて開発しレーザーデポジション用に 2 台供給

26 3-g-2 成果目標の度大型高速レーザビーム 3D プリンタ成果目標の度 (3/3) 松浦機械製作所 25 未項目要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果 (H28/1 評価時点 ) 度 g-1 高速化技術 1 高速高精度粉末積層装置開発 2 高出力レーザー開発 3 高速高精度ガルバノミラー開発及び複数台制御技術開発による積層造形速度 :250cc/h 以上 ( 中間評価時は 125cc/h) 積層造形速度 :68.5cc/h mm のワークを造形したワーク完成までの時間 :1 時間 27 分 40 秒今後の取組みレーザー 2 台マルチ制御等により高速化目標をする予定未 ( 実施中 ) 原因分析と対策大型スキージング装置開発流動特性を含めた粉末特性の見極めとインコネル 718 の造形条件を見出すのに時間を要し積層造形速度が 55% と未レーサー 2 台化マルチ制御化によりする見込み ( なお平成 27 年度予算減額により平成 27 年度目標は 125cc/h とし中間目標 250cc/h は平成 28 年度としている )

3-h-1 目標粉末製造技術金属粉末開発及び粉末修飾技術開発 3D プリンタに適した粉末特性を有する世界最高品質で低コストの金属粉末を製造する技術開発新アトマイズ法による高融点高活性金属粉末製造技術の開発 : 大同特殊鋼気体流による遠心分離方式金属粉末分級機構の開発高機能粉末製造のための粉末修飾技術の開発 : 山陽特殊製鋼 : 福田金属箔粉工業東洋アルミニウム 3

27 3-h-1 目標粉末製造技術金属粉末開発及び粉末修飾技術開発 3D プリンタに適した粉末特性を有する世界最高品質で低コストの金属粉末を製造する技術開発新アトマイズ法による高融点高活性金属粉末製造技術の開発 : 大同特殊鋼気体流による遠心分離方式金属粉末分級機構の開発高機能粉末製造のための粉末修飾技術の開発 : 山陽特殊製鋼 : 福田金属箔粉工業東洋アルミニウム 3 次元高生産性積層造形粉末粒径分布の狭幅化 1 要求性能高寸法精度粉末特性粉末粒径の微粉化 2 粉末製造技術鋳造品並みの表面粗さ高清浄粉末非汚染製造技術 3 欠陥 ( 偏析ボイド ) レス高収率製造技術流動性低コスト粉末合金設計耐酸化性他工法で製造 NG 材料 3 非汚染溶解噴霧 ( チタン合金チタンアルミ合金 ) ( 鉄鋼材耐熱鋼ステンレス鋼 Ni 基超合金 ( インコネルハステロイ ) Co-Cr 合金 ) ( 銅銅合金 ) ( アルミニウム合金 ) 26 1 狭幅化現状幅 :40~150μm (@ 電子ヒーム ) 2 微粉化現状平均粒径 :60~70μm (@ 電子ヒーム ) 表面修飾粒径粒径 3D プリンタ用金属粉末への要求性能

28 3-h-2 成果目標の度成果目標の度 (1/2) 大同特殊鋼山陽特殊製鋼 27 粉末製造技術要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 h-1 高融点高活性金属用高性能アトマイス装置開発チタン合金粉末粒径 75μm 以下の分級歩留 40% 以上 ( 平均粒径 100μm 程度 ) チタン合金粉末粒径 75μm 以下の分級歩留 42.3%( 粉末粒径 97.5μm) を製造可能なアトマイズプロセスを開発 h-2 噴霧現象可視化技術開発製造粉末粒径に影響を及ぼす噴霧ガス流速の定量化噴霧ガス可視化によるガス流速変化要因解析技術構築噴霧超音速ガスの流速絶対値を計測する技術を確立シュリーレン法により噴霧ガスの密度差を観察することにより噴霧ガスの形状や減衰挙動を可視化する技術を構築 h-3 気流分級による遠心分離方式金属粉末分級機構の開発分級精度 ( 粒径 45μm 以下 ) 累積 95% 粒度 40μm 以下 ( 粒径 μm) 累積 5% 粒度 50μm 以上累積 95% 粒度 120μm 以下分級歩留粒径 45μm 以下にて篩分級に対し 20% 以上向上分級精度 ( 粒径 45μm 以下 ) 累計 95% 粒度 35μm ( 粒径 μm) 累計 5% 粒度 61μm, 累計 95% 粒度 115μm 分級歩留篩分級に対し 28.5% 向上

29 3-h-2 成果目標の度粉末製造技術成果目標の度 (2/2) 福田金属箔粉工業東洋アルミニウム 28 要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 h-4 金属粉末修飾技術開発 ( 粒径 45μm 以下カスアトマイス銅粉対象 ) 粉末流動度 : 45 秒 /50g 以下酸化増加率 : 10%/20 日以下流動性向上を目的に粉末表面にセラミック系潤滑剤を微量修飾することで粉末の流動性が発現し流動度 =20.3 秒 /50g となった酸化防止を目的に粉末表面に酸化防止剤を微量修飾することで酸化増加率 =9.9%/20 日となった h-5 銅系製造技術開発 ( カスアトマイス銅粉対象 ) -45μm(LB 用 ) 金属粉末製造収率向上 +45/-105μm(EB 用 ) 金属粉末製造収率向上カスアトマイス条件並びに噴霧ノスルを開発した -45μm 収率 = 66%( 目標 60%) +45/-105μm 収率 = 28%( 目標 25%) h-6 アルミニウム合金粉末の製造技術開発レーザー / 電子ビーム積層造形用アルミニウム合金粉末に関する要求特性の明確化レーザー積層造形装置でアルミニウム合金粉末の粒度分布を調整する事により相対密度 99.5% を出来るレベルまで到達した電子ビーム積層造形装置でアルミニウム合金粉末の球状度サテライト粉末の量粒度分布幅の改善が必要であることが判明しさらなる検討を進めている

次元データ修正条件設定自動配置サポート編集設定スライスオフセット i-2 加工条件設定最適パス生成加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定支援加工前評価ソフトウェア全体構成図 *1 :STL (

30 3-i 目標 3D プリンタ制御ソフトウェア開発次世代型産業用 3Dプリンタの制御ソフトウェアを開発するシーメット松浦機械製作所 29 電子ビーム方式及びレーザービーム方式 3D プリンタの各装置に搭載し STL *1 AMF *2 ファイルいずれのデータフォーマットも処理でき加工条件設定最適パス生成技術を有するソフトウェアを開発する CAM3S( 仮称 ) 開発内容 i-1 STL AMF データ処理 STL AMF データ変換読込み 3 次元 2 次元データ修正条件設定自動配置サポート編集設定スライスオフセット i-2 加工条件設定最適パス生成加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定支援加工前評価ソフトウェア全体構成図 *1 :STL ( スタンタートトライアキュレイティットランケーシ ) 形式 : 業界 ( デファクト ) 標準 *2 :AMF( アティティフマニファクチャリンクフォーマット ) 形式 : 国際 ( デジュール ) 標準 (ISO/TC261)

31 3-i-2 成果目標の度成果目標の度 (1/1) シーメット 30 3D プリンタ用制御ソフトウェア開発要素技術目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 i-1stl/amf データ処理技術 STL/AMF データ変換ソフトウェアの開発 STL/AMF データ変換ソフトウェアの開発を完了し装置開発メーカー及びユーザーへ展開して改良中である i-2 加工条件 / 最適パス生成技術加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定及び化加工前評価ソフトウェア開発加工条件設定編集配置支援ラティス構造サポート設定及び加工前評価ソフトウェア開発を完了し装置開発メーカー及びユーザーへ展開して改良中である i-3 統合ソフトウェア開発加工材料評価データベースとの連携可能な加工条件 / 最適パス生成ソフトウェア開発のためのプラットフォーム構築統合ソフトウェアのプラットフォームを開発した

32 3-k-2 成果目標の度事業化ブランド戦略成果目標の度 (1/1) 31 内容目標指標 ( 中間評価 ) 成果度 k-1 ブランド戦略 1 共通シール製作 2 装置色決定 3 発表共通テンプレート 1TRAFAM 開発装置である事を示す共通シール 2TRAFAM 開発装置の共通塗装色を決定し標準色見本プレートを配布し共通化した 3 活動報告対外発表用の PowerPoint の共通テンプレートを用いて TRAFAM 活動を実施した k-2 品質保証安全環境対策 1TRAFAM 標準造形試験方法策定 2 分析機器による品質検査手法調査共通化 3 安全規制の情報共有による実験活動の安全確保 1 金属積層造形法の標準検査国際規格が未定である為 ISO 国際会議の情報等から TRAFAM 標準試験 (JIS 引張硬さ精度検査スループット検査 ) を決定した 2 粉末材料の検査等の共通機器を導入し検査情報の統一化を図った 3 安全衛生に関する法令を調査し組合員へ情報を配信し安全に留意して活動を推進した k-3 セキュリティ対策 1 安全保障調査活動 ( 輸出管理 ) 2 装置不正移転防止の技術調査 1 金属積層造形装置に関わる輸出法令を調査し組合員へ省令情報を配信した 2 装置の不正移転を検知する技術調査を実施し将来の商品化時に搭載する事例を情報配信した k-4 事業化戦略 13D 金属積層造形技術実用化調査活動 ( 国内 ) 2 試作機設置環境インフラ情報の収集情報共有化活動 3 ユーザー造形のデータ秘密保持契約のテンプレート作成と運用 4 オペレータ技術者の教本企画 1 国内の 3D 金属積層造形装置の市場調査をして状況を把握し将来の商品化に向け活用した 2 ユーザー企業が装置を設置する際必要なインフラ情報の調査表を決め調査を実施した 3 ユーザー企業と連携した造形試験を実施する為に統一化した秘密保持契約テンプレートを作成し運用した 4 金属積層造形に携わる技術者向け教本の作成準備を進めた

本事業では世界最高水準の三次元積層造形システムを構築するため両方の方式について技術開発を行いそれぞれの特徴を最大限に発揮できる三次元積層造形技術の開発を推進する両方式の技術開発における最終の目標を以下に示す [ 委託事業 ] 研究開発項目 1 基盤技術の研究開発最終目標 ( 平成 30 年

本事業では世界最高水準の三次元積層造形システムを構築するため両方の方式について技術開発を行いそれぞれの特徴を最大限に発揮できる三次元積層造形技術の開発を推進する両方式の技術開発における最終の目標を以下に示す [ 委託事業 ] 研究開発項目 1 基盤技術の研究開発最終目標 ( 平成 30 年 P17002 平成 30 年度実施方針 IoT 推進部 1. 件名 :( 大項目 ) 次世代型産業用 3D プリンタの造形技術開発実用化事業 2. 根拠法国立研究開発法人新エネルギー産業技術総合開発機構法第 15 条第 2 号第 3 号及び第 9 号 3. 背景及び目的目標 (1) 研究開発の背景金属加工に於いて切削加工塑性加工等に次ぐ第三の加工法とされる 3D プリンタに代表される三次元積層造形技術の進歩は