3D プリンティングは、玩具や自動車から風力タービンや人工衛星に至るまで、あらゆるものに使用される複雑な多層コンポーネントを製造することで、欧州の製造業に革命を起こすことになりつつあります。

3Dなら印刷その約束を果たせば、ものの製造方法が根本的に変わります。そして、それはみんなの親友にもなるかもしれません。ご家庭の壊れた部品があれば、家庭用プリンターで簡単に新しい部品を作ることができると想像してみてください。

EU の資金提供を受けた研究チームによる進歩のおかげで、廃棄物を大幅に削減しながら、さまざまな材料や形状を使用してバイク、自動車、航空機、さらには人工衛星用の高度な部品を印刷できるようになりました。センサーとして機能する導電体や光ファイバーを埋め込むことも可能です。

多層製造

これは、3D プリントを使用するとパーツを層ごとに作成できるため、たとえば金属、プラスチック、セラミック、さらには光ファイバーなどを 1 つのパーツに、単一のプロセスでシームレスに組み合わせることが容易になるためです。これにより、企業は必要な量の材料を正確に使用してよりスマートな部品を製造できるようになり、無駄を最小限に抑えることができます。

オーストリア工科大学の研究エンジニアであるルドルフ・グレーディンガー氏は、こうした開発の推進に貢献している研究者の一人です。彼は、「マルチな楽しみ3D マルチマテリアル製造の限界を押し広げるために EU から資金提供を受けました。

2023 年 12 月までの 3 年半にわたって協力した MULTI-FUN チームには、ヨーロッパ全土 (オーストリア、ベルギー、ドイツ、ポーランド、ポルトガル、スペイン、スイス、英国) の研究者や産業パートナーが含まれていました。彼らは、市場に投入できる革新的な先端材料の開発に重点を置いていました。中小企業 9 社の参加は、市場への普及を加速する上で重要な役割を果たしました。

Gradinger は、光ファイバーを含む飛行機部品の例を強調表示します。研究者らは、アルミニウムと埋め込み光ファイバーを使用して、部品を層ごとに構築しました。これにより、「不可能な超能力」が与えられました。

「腕には神経があるので、腕がねじれるとそれを感知できるのです」とグレーディンガー氏は言う。「これらの光ファイバーは神経のようなもので、部品が曲がりすぎたり損傷したりすると感知することができます。」

機能の向上は、研究チームのパートナーの 1 人であるドイツの自動車会社 EDAG の設計エンジニア、リチャード・コルダスの目標でもありました。彼らは、銅配線とセラミック絶縁体を内蔵したプリントを施したバイクのハンドルバーを開発しました。

「それを可能にする唯一の方法は、積層造形によるものです」とコルダス氏は強調した。

ベルギーの欧州溶接連盟のリタ・ゴメス・ボラ氏は、MULTI-FUNにも携わったが、最近の進歩が設計エンジニアの働き方を根本的に変えたと信じているほど、大きな進歩があった。

「私たちは今、メーカーが夢にも思わなかった方法で部品がどのように設計されるかを再考できるようになりました」と彼女は言いました。

月を目指して

3D プリンティングの可能性は、自動車向けの高性能部品の作成にも広がります。宇宙産業。研究者らは、宇宙衛星で使用されるモーター用の特別なケースを作成しました。スチール製のボディには、電気ドライブの熱管理を大幅に改善するために銅製のハイウェイが組み込まれています。

「熱伝達率を2倍にしたので、電気モーターはより速く動作し、それほど加熱されなくなりました」とグレーディンガー氏は述べ、温度は金属部品の疲労の原因の一部であると説明しました。

損傷した部品は動作を停止したり、修理が必要になる可能性がありますが、人工衛星が地球を周回している場合、それは事実上不可能です。このため、宇宙産業は 3D プリンティングの進歩から恩恵を受ける最有力候補となっています。

EU は現在、22%は世界の製造業の中で最も多く、毎年4,210億ユーロの製造品の貿易黒字をもたらしています。EU がこの分野をさらに強化するための研究に投資しているのはこのためです。

アディティブ マニュファクチャリングは EU の製造業の未来の中心となるとみなされており、次のようなさまざまな取り組みを通じてサポートされています。ヨーロッパ製そして未来の工場業界とのパートナーシップ。航空宇宙、自動車生産、ヘルスケアなどの分野で欧州企業の産業競争力を高めるのが目的。

3D プリントが製造業に初めて導入されたとき、主にプロトタイプの作成に使用されました。しかし現在では、製造プロセスの重要な部分へと進化し、より高速かつ効率的になりました。

「私たちはラピッドプロトタイピングからラピッド製造に移行しました」とコルダス氏は語ります。

3D プリント部品はすでに航空宇宙産業や自動車産業で使用されており、燃料消費量の削減に役立ちます。ドイツのシーメンスはすでにガスタービンブレードを3Dプリントしており、エアバスは重量と燃料を節約するために民間航空機にプリント部品を使用している。

言葉を広める

積層造形は急速に現代の工業生産の一部になりつつありますが、ヨーロッパ全土で同様に進んでいるわけではありません。ルーマニアのティミショアラ工科大学の研究副学長であるリビウ マルサヴィナ教授は、3D プリンティングのノウハウを EU 全体にさらに広く普及させるために熱心に取り組んでいるヨーロッパの研究者チームの一員です。

材料強度と破壊力学を専門とするマルサヴィナ教授は、EU が資金提供した以下の取り組みをコーディネートした。シラム2019年から2023年まで続いた。

このプロジェクトは、ルーマニアの研究者と、チェコのブルノにあるチェコ科学アカデミー (IPM) 材料物理研究所、セルビアのベオグラード大学、ノルウェー科学技術大学、イタリアのパルマ大学の研究者を結び付けました。。その目標は、東ヨーロッパに積層造形における卓越したハブを構築することでした。

学術交流は、プロジェクト自体の終了後も続くネットワークの構築に役立ちました。

「私たちは今、さまざまなタイプの問題をどこで解決できるかを知るネットワークを持っています」とマルサヴィナ氏は語った。一方、ルーマニア、セルビア、チェコの企業も、積層造形専門家と機器がすぐそばにあります。

マルサビナ氏にとって、3D プリンティングの急速な進歩は、安全性とセキュリティに関する新たな問題を引き起こす可能性があります。

「人々は、小さな部品だけでなく、より複雑な形状のより大きな構造を構築するために3Dプリンティングを使用する方向に進んでいます。これらの新しい構造の特性と信頼性についてさらに知る必要があります。」と彼は言いました。

研究チームは、学術パートナーや 3D プリンティングに関心のある業界代表者と協力して、実際の研究を通じてこれらの問題の解決に取り組みました。

マルサヴィナ氏は、この技術は他の多くの業界、さらには家庭にまで広がるだろうと予測している。

「いつか、家庭に 3D プリンターが設置され、壊れた部品を自分で印刷するだけで交換できるようになるでしょう。」