よび電子ビームを熱源とした粉末床溶融結合( Powder BedFusion: PBF )方式および指向性エネルギー堆積( DirectedEnergy Deposition: DED)方式の計 4 台である．また，造形体の高機能化および軽量化設計につながるトポロジー最適化(地独)大阪産業技術研究所
3D 造形技術イノベーションセンター

や，造形不良を回避できる熱変形シミュレーションといっ

地方独立行政法人大阪産業技術研究所

本部・和泉センターて，金属 AM 向けの粉末材料と造形レシピ(加工条件)の開中本貴之

発，金属 AM の製造性を考慮したトポロジー最適化手法のた，実際の造形前に設計・解析できるソフトウェアも取り揃えている．
3D センターでは，これらの装置とソフトウェアを活用し加工成形研究部

特殊加工研究室長

開発など様々な研究テーマを推進している．また，各種シミュレーションによる解析，造形物の密度・金属組織・機械的性質などの特性評価，新規アプリケーションへの応用など，

.

は じめに

金属 AM における幅広い内容にわたり総合的に対応することができる．企業，研究機関など利用者の皆様には，製品開大阪産業技術研究所(略称「大阪技術研」）は大阪府と大阪発，試作のスピードアップ，製品の高度化など様々な場面に市を設置団体とする公設試験研究機関(略称「公設試」）であ応じて，専門研究員からの技術支援やアドバイスのもと，研り，主な業務は企業への産業技術に関する支援(技術相談，究開発を推進していただける．

依頼試験，装置使用，共同研究など)および技術シーズを生

3D センターの専門研究員が主体となって進めている研究

み出す研究開発である．当研究所では， 1999 年に炭酸ガス

は，材料，設計，用途開発に関わるテーマなど多岐にわた

レーザを搭載した金属 3D 積層造形( Additive Manufactur-

る．例えば，材料面では，金属 AM 用新規アルミニウム合ing: AM )装置を導入し，さらに 2012年には現在の主流であ金およびその造形技術の開発に力を入れている．アルミニウ

るファイバーレーザを搭載した金属 AM 装置を導入し，鋼ムを用いた AM 技術はその低比重・高熱伝導性を活かし，粉末，アルミニウム合金粉末，銅合金粉末など種々の金属材

航空宇宙や自動車，機械産業分野などにおいて軽量化部材や料を用いた造形技術の研究開発や生み出した技術の企業移転

熱制御部品(熱交換器，ヒートシンクなど)への応用が期待さなどに取り組んできた．

れている．これまでの AM 用アルミニウム合金には，主に近年，金属 AM の世界的ブームは高まり，日本国内でもAl Si 系鋳造用合金が用いられてきたが， 150 °C 以上の高温企業，大学，公設試などにおいて，金属 AM に関する研究域において造形体の強度が大幅に低下する問題があった．そ開発は活発に行われている．このような状況下，当研究所にこで当研究所では，金属 AM の急速溶解・急冷凝固という寄せられる技術相談は AM 用金属材料の開発に留まらず，AM に適した部品の設計方法，最適化設計による部品の高性能化，造形時の熱変形シミュレーションなど多岐にわたる．
そこで，金属 AM によるものづくりで求められる種々の要素技術を一気通貫に研究開発・技術支援できる総合機関(図)として，2021年 4 月に 3D 造形技術イノベーションセンター(以下， 3D センター)を当研究所の和泉センター内に開設した(図)．本稿では，当 3D センターの概要について紹介する．

. 3D 造形技術イノベーションセンターの活動
3D センターが所有する金属 AM 装置(表)は，レーザお

図1



図2

3D 造形技術イノベーションセンターの内観．

一気通貫型の研究開発・技術支援体制．

研究所紹介

表1

図3

3D 造形技術イノベーションセンター所有の金属 AM 装置の種類と特徴．

積層造形時の熱変形を抑制するトポロジー最適化手法の一例(積層造形時に発生する熱変形量の比較)．

プロセスの特徴を利用した合金設計としてアルミニウム－遷センターと連携しながら，技術経営に関わる企業経営面の助移金属系合金に着目し，高温安定な過飽和固溶体および微細言も行っている．

分散した金属間化合物の組織を形成することにより，耐熱性を高めたアルミニウム合金造形体(1) の開発に成功している

以上の 3D センターの活動に関する詳細な紹介は， 3D センターのホームページを参照されたい(5)．

(木村主任研究員担当)．また，設計面では，トポロジー最適.

化手法の高度化に取り組んでいる．これまでのトポロジー最おわりに適化は，サポート(補助部)無しでは材料の積層が困難な形状や，熱変形によって造形精度を低下させる形状も創成される

金属 AM に関する技術相談は，大阪エリアのみならず全問題があったため，金属 AM の製造性を考慮したトポロジ

国から当研究所の 3D センターに日々寄せられている．一ー最適化が望まれていた．そこで当研究所では，剛性・伝熱方，金属 AM 装置を所有する公設試は全国に分散しておなどの製品の物理的な性能に加え，幾何学的制約(積層角度)り，装置メーカーや方式は様々である(2)．読者の皆様には，を考慮したトポロジー最適化手法(2)や積層造形時の熱変形を取り組みたい内容に応じて，近隣の公設試はじめ他機関の紹抑制するトポロジー最適化手法(3)を開発し(図)，高性能な介も行っているので，お気軽にご相談いただきたい．今後，製品を高精度に造形できる製品設計が可能になっている(三日本国内で金属 AM によるものづくりがますます広がって木主任研究員担当)．

いくよう，公設試である当 3D センターは，技術の助っ人と企業との共同研究では，伝熱性能が高い格子構造を有するして，企業や研究機関の皆様とともに活動を強化していく．

ヒートシンクをアーク溶接ロボットに活用した事例(4) や，同時に，金属 AM に関わる技術力の向上のため日々研鑽を熱・電気伝導に優れた銅合金の水冷機能付きアーク溶接トー積んでいきたい．

チの事例など，実用化に至っている．
研究開発以外では，3D センターは公設試の重要な役割の文献一つとして，金属 AM に精通した人材育成にも注力している．特に中小企業では，装置導入前からデジタルものづくりに精通した人材の確保を考えておかないと，装置導入後に行き詰まる問題が起こり得る．人材育成メニューは，一般的なセミナー以外に，金属 AM の造形作業や形状設計を実体験できる内容など，金属 AM を活用したものづくりに挑戦したい企業のスタートアップ時の状況に応じて内容を提案することも可能である．また，企業の経営状態(資金)面でも同様の問題があり，必要に応じて，大阪府の行政機関である大阪産業経済リサーチデザインセンターが主体となって， 3D

ま て り あ 第61巻 第12号(2022)
Materia Japan( 1 ) 木村貴広軽金属，72(2022), 388
394.
( 2 ) 中本貴之，木村貴広，三木隆生スマートプロセス学会誌，
10(2021), 187191.
( 3 ) T. Miki and T. Yamada: Finite Elem. Anal. Des., 193(2021),103558.
( 4 ) 中本貴之，木村貴広，四宮徳章まてりあ， 56 ( 2017) , 704 
707.
( 5 ) (地独)大阪産業技術研究所，3D 造形技術イノベーションセン
ター，https://orist.jp/gaiyou/facility_izumi/tri3d/，参照日20220725.
(2022年 8 月 1 日受理)[doi:10.2320/materia.61.898](連絡先〒594
1157 和泉市あゆみ野 271)