技術および材料科学の最近の進展により、新たな機会が生まれており、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）は日々その人気を高めています。その一例が、先進的アディティブ・マニュファクチャリング技術のリーダーであるエンイグマ・DED（ https://www.enigma-ded.com/)）です。同社は「指向性エネルギー堆積法（DED：Directed Energy Deposition）」を採用し、この技術をアディティブ・マニュファクチャリング業界全体へ広めています。3Dプリンターの活用がもたらす革命は、材料科学分野において表面的な材料力学特性の改質を可能にし、研究者がさまざまな材料の性質、組成、用途を変化させることを支援しています。材料の改質・新規開発を目的としたアディティブ・マニュファクチャリング技術は、急速に進化しています。こうした新素材は、多様な産業分野で無限の応用可能性を秘めています。
アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）は、革新的で先進的な技術の一つとして十分に評価されており、その主な理由は、新素材の創出を根本から変えるという卓越した能力と可能性にある。長年にわたり、材料科学の分野では、新材料の創出・研究・改良が、それを実際に応用する手段の欠如によって制限されてきた。従来の製造プロセスでは、均質な材料を用いるアプローチが主流であり、異なる材料を混ぜ合わせることが困難であった。しかし、近年の材料科学における新しいアプローチがこの分野を革新し、新たな可能性を切り開いた。
現在も、積層造形技術の改良や変化が続いています。積層造形の重要な利点の一つは、多種多様な金属を複雑かつ高密度に配置した部品を効率よく製造できること、および製造工程を合理化できることです。さらに、異なる金属を組み合わせるハイブリッド化によって、革新的なエンジニアリング材料設計が可能になります。
例えば、エンイグマ・DEDは、加法製造（3Dプリンティング）の代表的な技術であり、「機能勾配材料」と呼ばれる革新的な工学用材料システムを一体成形で製造できます。これは、硬度、耐熱性、熱伝導性および／または電気伝導性といった重要な構造的・機能的特性を、連続的に変化させる（グラデーション状に調整する）ことが可能です。たとえば、部品の中央部には耐熱セラミックを、外周部には柔軟性のある金属を配置するといった設計が実現できます。このような個別最適化された設計手法は、航空宇宙産業や医療機器など、極限的かつ高度専門的な工学的要件を満たすために活用されています。特に、軽量で高強度・生体適合性を兼ね備えた金属材料の製造に有効です。加法製造は、従来の製造プロセスや材料の制約から解放される道を開きます。
新しい工学材料の開発に伴う設計および反復プロセスは、しばしば複雑かつ困難です。通常、こうしたプロセスには、時間と労力を要する長期間の製品エンジニアリングが繰り返されます。アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）を活用することで、迅速な試作および必要に応じた性能評価が可能となり、こうした時間的・人的ロスを解消し、ワークフローを極めて高効率化できます。
エンイグマ・DEDでは、アディティブ・マニュファクチャリングを用いて、新規金属やセラミック材料の性能評価を、従来の数週間からわずか数日で実施しています。また、少量の製造ロットで評価を行っています。具体的には、材料の強度、耐食性、熱的安定性といった特性を検証します。さらに、材料組成の微調整を行い、その場でレンダリングおよび製造することも迅速に可能です。
このような迅速な反復開発能力により、設計上の欠陥を早期に特定し、効率的な改良を反映させることができます。Enigma-DED社のDED（Directed Energy Deposition）などの先進的な3Dプリンティング技術を活用することで、材料開発における一連の工程に要する時間が大幅に短縮されます。従来の試作では、不採用となったプロトタイプが原材料の損失を招いていましたが、3Dプリンティングを用いることでこの損失を最小限に抑え、材料開発全体のコスト削減にも貢献します。
材料の性能は、その特性、構造、および微視的・結晶格子スケールにおけるその構造のアーキテクチャという、複数の要因が組み合わさって生じるものです。このことを踏まえ、エンイグマ・DEDでは、3Dプリンティングを活用して、最終ユーザーが直接制御可能な金属3Dプリンティングシステムを設計・製造しています。この制御により、結合した結晶粒を有する高度で複雑な微細構造を創出し、従来の鍛造法で製造された金属と比べて強度を30％向上させることができます。
積層造形の主な利点の一つは、金属構造の多孔性を制御できることです。例えば、積層造形では、自動車や航空宇宙分野で求められる、微細で均一に分布した気孔を持つ強度が高く軽量な金属部品を製造できます。一方で、医療用インプラントや完全に密閉性が求められる航空宇宙部品などでは、金属構造を完全に緻密（無気孔）に設計することも可能です。このように多孔性を自由に制御することで、材料の性能と機能性が向上します。エンイグマ・DEDの顧客向けに製作された軽量かつ高強度・高耐久性の構造体は、こうした利点を実証しています。
エンイグマ・DEDは、廃棄物を削減する積層造形技術を採用しています。従来の製造工程では、各工程で材料が無駄になりますが、エンイグマ・DEDでは材料のロスが少なく、コスト上昇を抑制します。
他の材料試験手法と比べて、エニグマ・DEDによる試験では、廃棄率が5％未満です。一方、他の試験手法では廃棄率が50％以上に達します。従来の手法では、特にチタン合金や先端セラミックスなど高価な材料を大量に無駄にしてしまいます。エニグマ・DED方式では、試験後に試験片を廃棄するため、コストやその他の資源を節約できます。
さらに、金属やセラミックスの新規プロトタイピングから積層造形による量産への移行がスムーズになります。材料の使用量が一貫性・均一性を保たれるため、効率の悪さを補うために材料を過剰に見積もる必要がありません。例えば、航空宇宙部品向けの新規チタン合金を製造する際、積層造形プロセスによる材料の切り出し（トリミング）は不要です。これにより、新規材料の開発が促進され、研究者の総コストが削減されます。
超合金、金属、および脆性セラミックスは、先進材料です。長年にわたり、こうした先進材料を用いた特殊用途では、従来の加工方法による製造が不可欠でした。しかし今、積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）技術が、先進材料の加工方法を変革しています。
エニグマ・DEDは、通常の加工過程でひび割れが生じやすい脆性セラミックスに対し、積層造形技術を活用しています。最適な温度制御、層別印刷、および亀裂防止機構により、この課題を解決し、脆性セラミックスの実用化を可能にしました。
さらに、積層造形技術は、原子力産業向けの放射線耐性金属および航空宇宙産業向けの耐熱超合金の設計・製造も可能にします。原子力産業では、使用される金属材料が長期間にわたり厳しい放射線環境に耐えることが求められ、航空宇宙分野で用いられる超合金は、高温作動時の構造的健全性を維持し、極端な気象条件にも耐えられる必要があります。積層造形技術は、特殊材料の製造において多様な課題を解決し、航空宇宙や医療機器製造など、さまざまな分野で長年存在してきた課題にも対応しています。
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