表紙

2024年3月6日□プロジェクト名世界を牽引して未来を創りつづける愛知の基幹産業の更なる高度化□研究開発分野

高効率加工・３Ｄプリンティング□研究開発テーマ

金属３D造形技術CF-HMの進化による航空機部品製造用大型ジグの革新□研究リーダー名古屋大学 社本 英二□事業化リーダー

三菱重工業株式会社 藤井 和慶□参画機関三菱重工業，富士精工，菱輝金型工業，オークマ，

あいち産業科学技術総合センター，

NTKカッティングツールズ，
名古屋大学

p.1

１.研究テーマの概要－研究シーズと課題
独自技術： CF-HM （Cutting Friction-stirring Hybrid Manufacturing）
板材

切削工具

摩擦攪拌接合
FSW工具

工具
交換

板材吸着工具Z軸

板材固定装置XY軸特許第6587028号，特開2021-154576

特長：高強度アルミに対し，高品質・高効率を両立できる唯一の金属積層造形技術
課題：板材面積と固定装置ストロークによる造形寸法の制約

ベース

繰返して積層造形

主軸(1) 板材供給
接合部分
FSWツール(造形部分)

仮接合(2) 重ね合せ摩擦攪拌接合(FSW)
サポート
切削工具
造形部分

(3) 切削仕上げ
p.2

１.研究テーマの概要－背景・開発ターゲットの必要性
航空機製造用ジグの高性能化・低コスト化には新しい３Ｄプリンティング技術が必要！
アルミ製ジグ（フレーム・リブ・スパー等）の課題• 従来、工作物固定は主にボルトで行われるが、油圧・空圧による自動化の要求が拡大。しかし油圧・空圧配管の取り回しで数多くの構成部品が必要• 既存の油圧・空圧部品を従来のジグに組み込むと、ジグ構造が複雑大型化し、重量増大が問題⇒３Ｄ油空圧配管を内蔵し、大型ジグの小型・軽量・自動化を促進する金属3Dプリンティング技術が必要
インバー製金型製造／成形の課題

航空機フレーム製造用アルミ製ジグの例• 〔製造時〕インバー材は高価でリードタイムが長い• 〔製造時〕多工程（成形、溶接、機械加工）かつ手作業が必要• 〔成形時〕金型面のインバー板が厚く（例：12mm）、内部配管を設ける製造方法がないため、成形時の温度制御に長時間が必要⇒製造コスト低減、品質改善、リードタイム短縮のため、低コスト高能率であって、かつ金型面下に温度制御用配管を内蔵可能な金属３Ｄプリンティング技術が必要

航空機複合材部品用インバー製成形型の例
p.3

１.研究テーマの概要－全体の実施概要
研究テーマ：金属３D造形技術CF-HMの進化による航空機部品製造用大型ジグの革新
切削工具

工具
交換

FSW工具
重ね合せ＋②突合せ接合①クランプレス仮止保有シーズ：特許第6587028号, 特開2021-154576[目標] ①クランプレス仮止技術, ②突合せ接合の融合による大型（1m以上）金属３Dプリンティングの実現[内容] 名大, 産技セ：積層造形技術の進化，オークマ：技術の開発と事業化[目標] ③３次元油空圧配管構造を内蔵する従来比２分の１（重量）の小型／軽量／省資源／自動化ジグ(モデル)の実現[内容] 名大，産技セ：配管内蔵技術の開発，三菱重工業, 菱輝
金型工業：油空圧配管内蔵ジグの設計・開発・事業化[目標] ④航空機CFRP部品用金型製造に向けた
空気漏れのないインバー材の３Dプリンティング[内容] 名大，産技セ：インバー材の３Ｄ造形技術の開発，三菱重工業, 菱輝金型工業：温度制御用配管内蔵金型への応用・事業化

試作トライアル

加工セミナー(事業後)[目標] 技術評価や県内企業への波及[内容] 産技セ（知の拠点あいち）：各種測定，課題整理，改善提案，技術紹介

p.4

１.研究テーマの概要－開発体制・役割分担【企業】 《事業化推進》〈革新的ジグ・金型の構想・設計〉【大学】《シーズ提供・基盤技術開発》

名古屋大学〈革新的ジグ・金型の製造技術〉〈３D造形用特殊工具・装置の開発〉 開発テーマ・メンバー追加！

シーズ：切削と摩擦攪拌接合を繰り返すことで金属3D造形を行う技術（CF-HM）

産学官連携
【愛知県】
《基盤技術開発・計測評価・県内企業へ技術普及》〈３D造形技術開発〉

産業技術センター（あいち産業科学技術総合センター）p.5

２.ロードマップ（令和５年３月時点から令和７年３月終了時点まで）
本年度までのロードマップ

R5.3

R5.9

R6.3

R7.3

① CF-HMの進化－クランプ機構の クランプに代わる各クランプレス３Dプリ排除
種候補技術の検討
ンティング技術の実
工具
FSW工具
切削
クランプレス仮止技
交換工具
現
クランプレス仮止術の確立
素材サイズを超える大型（1m以上）金属
３Dプリンティングの実現② CF-HMの進化－突合せFSWの 重ね合せFSWに加突合せFSWを融合
融合
えて突合せFSWの突合せFSWを融合した３Dプリンティン
工具
FSW工具
切削
融合検討
した３Dプリンティン
交換
重ね合せ＋突合せ接合
工具
グ技術の実現
グ技術の確立③ 航空機用大型・複雑アルミ製ジ ３次元空圧配管構
３次元油・空圧配管
グの３Dプリンティング
造の３Dプリンティン
端材利用可能な配 従来比２分の１（重構造の３Dプリンティ
グの実現
管内蔵ジグ製造技 量）の小型／軽量
ングの実現／省資源／自動化術の開発
ジグ(モデル)の実現④ 航空機CFRP部品用金型製造に インバー材のFSW向けたインバー材の３Dプリン技術の開発
ティング

インバー材の３D造 インバー材のクラン 空気漏れのないイ
プレス／突合せ接 ンバー材３D造形物
形物作製
合技術の開発作製

p.6

３.研究開発の実施状況－ロードマップ実施状況と達成状況
R6.3① CF-HMの進化－クランプ機構の排除
切削
工具

工具
交換

FSW工具
クランプレス仮止クランプレス仮止技術の確立

本年度の目標達成状況

自己評価

順調にクランプレス仮止技術を開発
担当：名古屋大学，富士精工，産業技術センター，オークマ〇② CF-HMの進化－突合せFSWの融合
突合せFSWを融合
工具
FSW工具
切削した３Dプリンティン
交換
重ね合せ＋突合せ接合
工具
グ技術の確立突合せＦＳＷ融合技術を前倒しで実現し，材料特性評価中③ 航空機用大型・複雑アルミ製ジグの３Dプリンティング
端材利用可能な配管内蔵ジグ製造技術の開発

配管構造造形技術を前倒しで開発し，小型/軽量ジグの設計・造形中④ 航空機CFRP部品用金型製造に向けたインバー材の３Dプリンインバー材のクランティング
プレス／突合せ接合技術の開発

インバー材のクランプレス／突合せ接合技術を実現

担当：産業技術センター，名古屋大学，
NTKカッティングツールズ，オークマ

担当：三菱重工業，菱輝金型工業，
名古屋大学，産業技術センター◎◎〇

担当：全機関
p.7

３.研究開発の実施状況－突合せ接合の融合

引張試験片(厚さ3㎜)
故意にすき間を設け、A5052材の突合せ・重合せ接合を3層実施

FSWのパスと引張試験片の切り出し
すき間

引張試験の結果
すき間

接合後のX線CT観測例(すき間0.4mm)

突合せ面すき間(0～0.4mm)
による欠陥、引張強さ低下は小さい！
p.8

３.研究開発の実施状況－配管内蔵小型軽量ジグの造形
24MPaの油圧維持
突合せを融合してを確認済み！
造形した配管構造

突き合せFSWを融合して配管モデル造形を実現！

クランプ面
３D配管内蔵軽量ジグ

複雑３D内部構造を持つ軽量化ジグ造形の作業設計中！

p.9

３.研究開発の実施状況－インバー材のクランプレス/突合せ接合
溝欠陥
抑制の検討
配管内蔵インバー製モデルの造形と溝欠陥
接合領域

セラミック
製FSWイ
ンサート

3層インバー材のFSWを実現する高耐熱セラミック工具

1層2層改善したFSW軌跡
での積層接合表面3層の積層後に断面観察して欠陥がないことを確認

インバー材のクランプレス/突合せ融合技術を開発

p.10

４.研究実績□特許出願件数～2024.1
１件

□外部発表
論文投稿

展示会出展
その他（ケーブルテレビ局，新聞社の取材）

０件～2025.3
１件の見込～2024.1
４件～2024.1
２件□会議の開催件数
研究開発会議＋1件の可能性～2024.1□情報発信～2025.3～2024.1
８件～2024.1
個別会議

２１件
p.11

５.事業化の見通し－既存技術に対する国際的優位性
金属3Dプリンティングによる大型部品の造形

最大1m

世界中で各種金属3Dプリンティング技術が開発されているが、航空機製造用ジグに求められる大型化（１m～十数m）と実用的品質を満足できる方式はなく、適用材種にも制約が多い
各種金属3Dプリンティング技術の比較
CF-HM
PBF
WAAN
ワイヤーパウダーDED
DED（独自技術）
大型化
△（現状）
✕〇
△△
板材面積とｸ 環境制御必 可動域に応 大型機はあ 理論上可能
ﾗﾝﾌﾟｽﾄﾛｰｸ 要等で大型 じて容易に るが環境制 だが大型化に制約化に限界 可能
御必要は困難品質・効率 〇△△△△～〇
品質が良く 品質は比較 効率は比較 効率は比較 欠陥が多い
高効率
的良いが低 的良いが熱 的良いが熱 場合があり
効率
歪み大歪み大低効率
仕上げ加工 〇△✕✕〇
同時実施 別途必要 別途必要 別途必要 機内仕上げ材料コスト ◎✕〇〇✕
低コスト、端 専用かつ高 ワイヤー材 ワイヤー材 専用かつ高材利用可 コスト
額△✕✕✕
高強度アル 〇ミ材適用
材種に制約
〇
✕✕
✕
内部配管構 〇
造の創製

積層方式

CF-HM（独自技術）の課題はさらなる大型化のみ！

パウダーベッドPBF方式（GE Additive）

ワイヤーアークWAAN方式（Cranfield大）最大5.7m電子ビームワイヤーDED方式（Sciaky社）
最大2m

ﾚｰｻﾞｰﾊﾟｳﾀﾞｰDED方式（Nidecﾏｼﾝﾂｰﾙ）

p.12

６-１.愛知県産業への貢献
次世代航空機産業への波及

各種産業で多品種少量生産される
大型複雑形状部品製造への波及
国産超音速機計画(JAXA, MHI他5機関)

Additive
Engineering
Solutions, LLC.

水素燃料航空機計画(文科省・JAXA)
航空機用大型ジグの高性能化・低コスト化・環境対応

県下の各種ものづくり産業に波及

金属３Dプリンティングによる各種大型・複雑形状部品の試作

RelativitySpace

革新的ジグ・金型による高精度化・自動化・低コスト化・環境負荷低減

独自金属３Ｄプリンティング技術の進化
切削工具

工具
交換

FSW工具

p.13

６-２.人材育成（研究者・技術者）
トップ技術者・大学教員等と技術革新を目指す経験を通して学
生の実践教育，若手技術者育成

企業【事業参画企業】

技術革新を担う若手技術者（各社１名以上）
豊富な経験を持
つトップ技術者【その他県内ものづくり企業】
事業後のセミナー・講習会・試作トライアル等で，多くの県内技術者が成果技術を習得

大学【名古屋大学】

学生の実践教育（R4：3 技術革新に名，R5：3名) 挑む教員
ものづくり
人材育成
循環サイクル

・企業の技術革新，人材育成の支援
・成果技術の県内企業への普及

・共同で技術開発
・共同で技術普及（セミナーや講習会）【産業技術センター】
愛知県
成果技術のセミナー・講習会・試
作トライアルを県内企業に提供
本研究を通じて，産業技術セン
ター若手職員の育成を推進

p.14

ご清聴ありがとうございました！

インバーのクランプレス・重ね合せ・突き合せ融合FSW後の外観

p.15