金型不要の3Dプリント技術、折り紙から着想

ニュースのポイント

• 金型不要の「平らから折りたたむ」設計により、製造コストを90%削減
• 3Dプリント後の折りたたみ構造により、製造時間を従来比で95%短縮
• ナイロンやガラス繊維の基材と3Dプリント樹脂を分子レベルで強力に結合

背景

従来の複合材料製造は、頑丈で耐久性の高い部品を製造できる一方で、事前の綿密な計画が必要なことや、高額な金型コストが課題となっていました。また、金型を保管するためのスペース確保もメーカーにとって負担となっており、特に一品モノや複雑な形状の大型構造物を製造する際のコスト効率の悪さが、3Dプリントや複合材料の普及における障壁となっていました。

何が起きたのか

新技術では、ナイロンやガラス繊維などの強固なファブリック基材に熱可塑性ポリウレタンなどの接着層を重ね、その上に3Dプリンターで格子状の構造層を印刷します。構造層には、軽量化のための炭素繊維ABS樹脂や、剛性を高めるためのエポキシ系樹脂などが使われます。材料科学の知見に基づき、基材と印刷樹脂が分子レベルで強力に結合する素材を選定しているため、一体化した強固な部材が完成します。プリント後に折りたたむことで、プリンターのサイズを超える大型で複雑な幾何学形状の部材も容易に作製可能です。

製造業・生産管理への見方

この技術は、試作や多品種少量生産における金型投資のリスクを劇的に低減します。金型保管スペースが不要になるため、工場の省スペース化や在庫管理コストの削減にも直結します。また、プリンターの造形サイズ制限を超えた大型部品をフラットな状態で効率よく生産し、現場で組み立てるという新しいサプライチェーンの構築も可能になります。設計変更への迅速な対応が求められる製造DXにおいて、試作から本生産までのリードタイムを大幅に圧縮する有力な手段となり得ます。

現場で確認したいポイント

• 自社の複合材料部品や大型構造物の製造において、金型コストがボトルネックになっていないか
• 折りたたみ式3Dプリント部材の強度が、自社製品の品質基準や耐久性要件を満たせるか
• 試作や多品種少量生産のプロセスに、金型レスの製造手法を導入できる余地があるか

確認しておきたい点

本技術はオークリッジ国立研究所による研究段階の発表であり、一般的な商業生産ラインへの導入実績や、長期的な環境変化における接合部の耐久性評価については、今後の検証を注視する必要があります。

出典情報