日本の産業における付加製造の品質保証
国際基準と戦略の比較分析
事業戦略本部

鳴海 貴慶

１. はじめに速度、温度制御など多数の要素が複雑に影響しあう。

１．１ 日本における AM の背景

これらの要素を精密に管理しなければ、製品の品質一般に 3D プリンティングとも称される、アディティは確保されない。さらに、これらのパラメーターは非ブ・マニュファクチャリング（AM）は製造業において革常に繊細であり、わずかな偏りが品質に大きな影響新的な変化をもたらす技術である。この技術は自動を与える可能性がある。そのため、品質保証に焦点車、航空宇宙、ヘルスケアといった多様な産業で採を当てたアプローチが、AM の内在するリスクを軽減用され、進化を続けている。複雑な形状の迅速な製し、そのポテンシャルを最大限に発揮するために不造、規模に応じたカスタマイズ、材料の効率的な利可欠である。

用など、新たな可能性を開く能力を提供する。これらの能力は、長い歴史を持つものづくりの精神に合致

本稿は、ISO 52920 および ISO 52904 の規格に基し、従来の製造パラダイムに対して革新的な影響をづいた包括的な分析と、AM に関連する品質管理技与える可能性がある。

術および手法についての体系的な概要を提供し、付加製造における効果的な品質保証戦略の実施に関

１．２ AM における品質保証の重要性わる課題と機会を明らかにすることを目的とする。

AM は数多くの優れた特性を持つ一方で、特有の課題も存在し、その解決には厳格な品質保証プロト

２. AM 産業における日本の位置づけコルが必須である。AM が採るレイヤーごとの製造方

２．１ 日本における AM の現状法は、材料特性の不一致、構造的な不整合、加工後日本の製造業と AM の統合に関する分析的考察の変形といった問題に容易に影響を受ける。これら

3D プリンティング技術は、現代製造業でイノの問題は、従来の製造工程とは異なり、AM 固有のベーションの主要な要素として注目されている。

課題である。例として、印刷された層の微細構造に日本もこの流れに例外ではなく、政府の「科学技おけるばらつきが、最終製品の機械的特性に悪影響術イノベーション総合戦略」において、強化すべを与える可能性が高く、AM の高度な複雑性がこのき重点項目とされている。

問題をさらに困難にする。

この技術は多様な方式に分類され、それぞれが独自の特性と適用分野を有している。付加製

また、AM 環境においては、印刷速度、材料供給造用の材料、共通システム技術、方式別の個別1/8

技術、そしてアプリケーション技術は、製造業で総合戦略」や SIP「革新的設計生産技術」を通の 3D プリンティングの多角的な適用に不可欠なじて、3D プリンティング技術の研究開発を促進要素技術である。

している。加えて、国際標準化や知的財産戦

3D プリンティングは、多くの用途で活用されて略の整備も進展している。

いる。マスプロダクションからマスカスタマイゼー③ 製造技術ション、プロトタイピング、そして一品毎の特別製

日本は、低コスト化、高信頼性、材料開発、造まで、各産業分野での課題と機会は、適用目データ生成・処理の高速化・知的処理、大型的によって大きく異なる。

3D プリンタ、および高付加価値化といった多加えて、日本はこの分野の国際標準化と知的角的な課題に取り組む必要がある。

財産戦略の領域でも貢献をしている。次世代 3D④ 応用技術

積層造形技術総合開発機構（TRAFAM）が国内適用可能な分野での用途拡大、材料、装置、で審議委員会を構成し、ISO/TC261 と同様の後処理分野での連携の強化および拠点整備、ワーキンググループで国際標準化活動に参加し新たなビジネスモデルや設計手法の開発など、ている。この取り組みにより、日本の製造業は国多様な戦略的取り組みが、日本における 3D プ際水準に適合する機会を得ている。

リンティング技術の普及と成熟を促進する要素

日本の製造業において、3D プリンティングはとなる。

新たなビジネスモデルや設計手法を探求する、総合的な考慮として、日本が AM 戦略を有効または生産プロセスを革新するといった方面で多に推進するためには、市場環境の深い理解、くの機会を提供している。しかしながら、競争力の政策の適切な設計と実施、特許戦略の調整、高い中国や米国と比べて、日本の製造業が必要製造技術と応用技術の向上が不可欠である。とされているのは、この革新的な技術を最大限にこのような多角的なアプローチが、日本におけ活用するための迅速かつ戦略的な行動である。

る 3D プリンティング技術の成熟と産業界でのAM 導入に対する日本の戦略的アプローチを安定した地位確立に繋がる。

導く要因① 市場環境２．２ 包括的品質保証の必要性

3D プリンタの世界市場は拡大しているが、特AM における品質保証の重要性は、従来の製造プに金属系材料に対する需要が急増している。

ロセスを遥かに超えている。多くの産業において AM

この動向は、自動車や航空・宇宙産業など、が製造に革命的な影響を与える可能性があるため、3D プリンタの利用が急募される状況を引き起強固な品質保証メカニズムの導入は極めて必要であこしている。

る。

② 政策動向日本は政府レベルで「科学技術イノベーション2/8

２．３ AM の普及における品質保証の意義性により、AM の品質保証において汎用的なツー品質保証は、AM 技術の広範な採用を促進する触ルとして機能している。

媒として働く。製造部門が拡張性、効率性、カスタマ規格内で注目されるのは、資格認定プロセスイズ性の向上を目指す過程で、厳格な品質保証プロを導く特定の原則である。サイトクオリフィケーショ

トコルは不可欠である。このような対策は、国際基準

ンは、製造サイトがインフラから人材育成に至るを満たすだけでなく、消費者の信頼をも確立する。

までの必要条件を満たしているかを検証する活日本が高い精度と信頼性で評価される文脈におい動である。工程管理は、AM 工程を単に監視するて、体系的な品質保証は競争力を高める。

だけではなく、その工程を調整し、最適化するメカニズムを導入することが求められる。最後に、

３. 国際基準と日本の視点

品質保証はこれら全ての段階において行われ、

３．１ ISO52920

最終製品が事前に定義した品質基準を達成してISO52920 の解読いることを保証する全体的な活動である。

ISO52920 は、積層造形の分野で基礎的な規ISO52920 に準拠する過程では、一連の厳格格であり、関連する産業における資格認定の基な手順が必要である。組織は監査を受ける必要本原則と要件を設定している。この規格は専門用があり、その結果を基に認証を取得する。この認語や多数の条項で構成されているため、初めて証を維持するためには継続的な品質チェックが接する者には複雑に見えるかもしれない。しかし、不可欠であり、それが付加製造における品質向その内容をしっかりと把握することが、AM の品質、上の確実な手段となる。

一貫性、安全性を確立する鍵である。

ISO52920 を理解することは、積層造形に関わまず重要なのは、用語の理解である。AM は、る品質についての共通語彙を習得する過程ともデジタルモデルを基にレイヤーごとに物体を造言える。ISO52920 の基本原則、要件、そしてコン形する手法を指す。この規格においては、「認定プライアンスメカニズムは、工業用 AM 業務にお原則」と「工業用サイト」といった用語が品質を理いて高い水準を確立する強固な基盤を提供する。

解するためのフレームワークを提供する。認定原日本のものづくりの理想と規格のカスタマイズ

則は品質管理の核心となる考え方であり、工業による互換性の確保

用サイトは、AM が工業規模で行われる場所を指日本の製造業は、リーン生産方式からカイゼンす。の継続的改善モデルに至るまで、多様かつ独自ISO52920 の適用範囲もまた重要な観点である。の文化が組み込まれている。これらの原則は単この規格は、航空宇宙産業からヘルスケアまで、なる工業的ガイドラインに留まらず、日本の文化多様な産業に適用可能な設計となっている。そと価値観に深く根ざしている。したがって、れは製造現場だけでなく、使用する機器や採用

ISO52920 のような国際規格の導入に際しては、するプロセスにも適応する。この業界非依存の特これらの地域特有の価値観と調和させるための3/8

緻密な適応が不可欠である。

融合プロセスにおける品質保証の普遍的な枠組一般に、ISO52920 と日本の製造業の原則とのみを構築することである。この規格は、寸法精度、間には、いくつかの乖離点が存在する。特に、機械的特性、表面仕上げといった最終製品の完ISO52920 は日本の製造業で重視される継続的全性を確保するための複数の品質チェックを明改善や「報連相」といった労働倫理に直接的に対示している。これらの品質チェックは、AM プロセ応していない可能性がある。したがって、スが設定された品質ベンチマークに適合、またはISO52920 を日本の製造業の原則に適合させるアそれを上回るかを確認する上で必要である。

プローチが求められる。具体的には、規格の認AM における特定の課題への対応定原則にカイゼンの原則を組み込むこと、さらに① 材料特性は「報連相」を反映した条項を設定することが必ISO 52904 は、金属粉末の選択と取り扱いに関要となる。

する厳格な基準を定めている。これにより、材このような適応を行う場合、単なる形式的な適料の一貫性と信頼性が保証され、最終製品の応ではなく、戦略的なアプローチが必要である。

品質に対しても影響を与える。

適応された規格に対する労働者の教育は、研修② 製造公差プログラムを通じて実施可能である。また、パイISO 52904 は、設計仕様に準拠した部品が製ロットテストを行うことで、修正の有効性を評価し、造されることを保証する目的で、許容可能な製業界全体への導入を円滑に進めることができる。

造公差、層厚、フィーチャーサイズを定義してISO52920 を日本の製造業に適合させることは、いる。これらのガイドラインは、AM 製品の均一異文化間の産業外交ともいえる重要な取り組み性と精度を確保する上で不可欠である。

である。このような適応を実施することで、日本独③ 加工後の品質管理自の製造原則を尊重しつつ、ISO52920 は AM に熱処理、表面仕上げ、サポート除去など、加工おける品質保証の強固なフレームワークとして機後の工程での品質保証に関する規定も ISO能する。

52904 に盛り込まれている。これにより、最終製品は設計要件だけでなく、製造後の品質基準３．２ ISO 52904も満たすことが保証される。

ISO 52904 は、積層造形の分野で極めて重要な規日本の製造業への適用格である。この規格は 2019 年 8 月に制定され、金属ISO 52904 は国際的に認知された規格である

粉末床融合に関連するプロセス特性、性能基準、品が、日本独自の製造環境に対する適応も必要で質チェックの包括的なガイドラインを提供する目的である場合がある。例えば、現地の規制や特有のある。

品質指標を組み込むことで、規格を更に実用的AM プロセスと品質チェックとの関連性にすることが可能である。ISO 52904 の採用は、

ISO 52904 の主要な目的は、特に金属粉末床AM に関連するリスクを低減し、日本における AM4/8

技術の普及を促進する可能性がある。

裂、介在物を特定できる。

ISO 52904 は、特に金属粉末床融合プロセス④ 材料の特性評価において、品質保証の基盤となる規格である。材AM で使用する材料、特に金属粉末は特有の料特性、製造公差、加工後の品質管理といった性質を持つため、詳細な特性評価が必須であAM 特有の課題に対応している。日本の製造業る。粉末レオロジー試験や粒度分析を通じて、でも応用の余地があり、適切な適応を行うことで、材料の一貫性を評価し、AM プロセスでの性能

AM 技術の広範な普及に貢献する可能性がある。

を予測できる。
従来の製造品質管理との比較分析

４. AM における品質保証の技術と方法

何十年にもわたって確立された従来の品質管

４．１ AM 特有の品質管理技術

理方法は、最終製品の検査や標準化された工程、テクニックの概要バッチ単位の評価に焦点を置いている。それにAM の領域においては、品質を確保するため

対し、AM 特有のテクニックはリアルタイムでの詳

従来の方法と新しい特有のテクニックが融合され細な評価へのシフトを意味する。

る必要がある。AM の操作は、材料使用、層別の① リアルタイム検査とライン末端検査

構造、ラピッドプロトタイピングなどの面で従来の従来の検査が主に生産ラインの最後で行われ製造とは大きく異なる。したがって、品質保証のるのに対し、AM では継続的なリアルタイム評アプローチもそれに応じて柔軟である必要がある。

価が重要である。これにより、エラーを即座に修正し、材料の無駄を削減できる。

AM に固有の品質管理技術は以下のように多② データの粒度岐にわたる。

AM でのセンサーは、従来の製造方法で取得① レイヤーのモニタリングとリアルタイム分析
AM の性質上、各レイヤーをリアルタイムで監されるデータ以上の詳細な情報を提供する。

視することは欠かせない。これにより、不整合例えば、AM 造形物のレイヤーが積み重ねらや欠陥を即時に検出し、適時な修正が行うことれる際の温度は非常に重要であり、これが熱ができる。

による歪みや材料の性質に影響を与える可能性がある。従って、AM でのセンサーは微細な② 現場プロセスセンサー

部位の温度変化をリアルタイムで監視している。

これらのセンサーは AM 装置に組み込まれ、③ 柔軟性対標準化

温度勾配や材料流量、レーザー出力などのデータを収集する。これらの情報を監視するこ

従来の品質管理は多くの場合、大量生産に適とで、一貫した品質を維持できる。

した標準化された手法で進化してきた。AM はその逆で、多様な（多くの場合一回限りの生産③ 製造後のトモグラフィ
製造が完了した後、X 線トモグラフィ等の技術に対する）、一貫性を確保するための柔軟性がを用いて製品の内部構造を検査し、空隙や亀求められる。

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従来の品質管理が基本となる一方で、AM 特③ 機器の定期メンテナンスと校正有のテクニックは、その複雑性を反映している。リ

厳格なメンテナンススケジュールを確立し、機アルタイムの監視、緻密なデータ分析、高度な適器の最適状態を維持して生産ミスを減少させる。

応性の組み合わせによって、AM の品質保証は他と一線を画し、厳格な基準にも対応しつつ進４．２ 先端 IT 技術との融合化し続けている。

AM 品質保証強化における IT の貢献

潜在的な落とし穴

高度な情報技術（IT）は AM 品質保証において① 過度なリアルタイムモニタリング依存不可欠な要素である。製造プロセスのデジタル化、リアルタイム分析は即時フィードバックを提供

高度なデータ分析、機械学習、相互接続されたするものの、材料の長期的な挙動を一概に把デバイスの組み合わせが AM 品質管理に新局面握できないことがある。例として、内部材料のをもたらす。

不整合から生じる長期的な応力は、即座には① データ分析と機械学習明らかにならない場合がある。

製造工程から得られる複数のデータを分析し、② 不一致な材料バッチ機械学習アルゴリズムを用いて潜在的な欠陥厳格な材料特性評価を施しても、バッチ間でを予測し、最適化を提案できる。の不一致が部品の品質にばらつきを生む可能② デジタルツイン技術性がある。特に、サプライヤーの変更や保管条物理的な AM マシンのデジタルレプリカを生成件が影響する場合がある。

する。このデジタル環境で AM プロセスをシミュ③ 装置の不適切な校正レートし、潜在的な問題を特定し、実生産前にAM 装置が正確に校正されていない場合、生修正できる。

産過程に誤差が発生する可能性がある。例え③ モノのインターネット（IoT）

ば、レーザーアライメントやプリントヘッドの微連携したセンサーやデバイスは AM プロセス中細な位置ずれが部品の品質に悪影響を与える。に連続的なデータストリームを供給する。このオーダーメイドソリューションデータを集約することで、リアルタイムで品質閾値違反が発生した際に即座に対処できる。

① 製造後のストレステスト
即時の品質検査だけでなく、サンプル部品に特定の IT ソリューションからの洞察対する製造後のストレステストを定期的に行うこFusion 360 などの AM 環境で設計、シミュレーとで、長期的な信頼性問題を特定できる。

ション、製造を一体化するプラットフォームが重要② 材料サプライヤーとの品質協定である。これらは AM に特化した部品設計を容易

詳細な品質協定を材料サプライヤーと結び、にし、全段階での品質検査を一元化する。加え材料ロットの一貫性を確保する。て、産業用 IoT 特化プラットフォームの使用により、機器データを実用的な洞察に統合し、AM 品6/8

質保証を強化する。

重要である。

先端 IT 技術と AM の統合により、データ主導① 能力開発の強固な品質保証アプローチが提供される。デAM 専門の研修プログラムを展開し、作業者がジタルプラットフォーム、分析手法、相互接続されAM プロセスと品質基準に対する深い理解をたデバイスを用いて、AM の専門家は常に確立し得られるようにする。

た品質基準を満たす、もしくはそれを上回る成果② 規格調整を達成できる。

国際 AM 規格と日本の製造基準を精密に調整し、AM の成果が全球規模で競争力を持つよう

５. AM 導入における品質保証の役割にする。

５．１ 知識主導型の加速化③ 共同研究先進製造技術の時代でも、知識は非常に価値のAM の品質保証技術の改善と革新に焦点を当ある資産である。先端 IT 技術と高度な製造知識の融てた研究を推進する。

合は、日本の産業構造における AM 採用の方向性④ インフラ整備に顕著な影響を与える可能性がある。精緻な職人技先進の AM ラボと試験施設に投資を行い、日とものづくりの哲学が評価される日本において、AM本の品質に対するコミットメントと、AM 技術のの導入は技術的な力量と歴史的な製造方法との調最前線である意志を強調する。

和を必要とする。
知識の蓄積と伝達を促進する環境の整備が、この

６. 結論および今後の展望

調和の基盤である。AM の先駆者と伝統的な製造業

６．１ 日本の AM 進化の予測の精鋭との連携により、AM の革新的な用途と日本の日本は積層造形（AM）の世界的な進展において製造業の伝統とが繋がり、洞察力の高い対話が生ま重要な岐路に立っている。技術的な適用性と製造業れる。また、産業フォーラム、シンポジウム、AM 専門の遺産との融合によって、日本は独自の道を築いてのセンター・オブ・エクセレンスが、知識交換の場としいる。潜在的な課題は多く、それらは障壁ではなく、て機能し、AM 採用を促進する。

進化の指針と考えられる。この進展の核心は、品質保証に対する継続的な献身である。このコミットメント

５．２ AM 導入の日本版ロードマップ
AM の変革的な可能性を最大限に活用するには、により、日本の製造業は AM の多様な用途で世界と競合できるようになる。

戦略的かつ実用的なロードマップが必要である。その核心には、品質保証に対する強固なコミットメント６．２ ロードマップの実施と調整がある。このコミットメントは日本の完璧主義にも一致し、また AM の普及を促進する触媒ともなる。
品質保証を基軸に据えた戦略として、以下の点が本稿で提案されたロードマップは、品質保証を中心とした AM 導入の方策として参照されるべきである。
このロードマップの実施と調整は、技術の急速な進7/8

展と市場ニーズの変化に応じて、柔軟に行われるべ＜参考文献＞きである。最終的に、日本が AM 技術におけるリー

1) 科学技術イノベーション総合戦略（平成 26 年～30

ダーシップを確立するためには、品質保証に対する広範で継続的なコミットメントが不可欠である。

年、閣議決定）2) 令和元年度 特許出願技術動向調査 結果概要
３D プリンタ(令和 2 年 2 月、特許庁)

謝辞3) DINSPEC17071

本研究の深化に寄与してくださったみなさまに感

4) ISO_ASTM_DIS_52920

謝の意を示します。彼らから共有された専門知識は、

5) ISO_ASTM_52904_2019

本研究において不可欠な要素であり、多くの洞察をもたらしてくれました。
最後に事業戦略本部の強力なサポート体制に深く感謝します。先進的な IT テクノロジーと専門的な製造知識を提供してくださり、本研究をより有意義なものとして高めてくれました。
以上の全ての支援に対して、心より感謝申し上げます。

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