名古屋大学は2月28日、金属3Dプリンターによる超硬合金製の金型の製造と、それを使った連続成形に成功したと発表した。これまで超硬合金の金型では製作が困難だった、冷却配管やセンサーを組み込むための内部構造を持たせることが可能になり、成形製品の性能と品質の向上や軽量化などが期待できる。
自動車のエンジンの酸素センサーやハイブリッド車のリチウムイオン電池用ケースなどは、1枚の金属板を型に押し込みながら成形する「深絞りプレス成形法」によって作られた、つなぎ目のない底付き容器が用いられるが、高精度な製品を高速で成形するために、その金型には超硬合金が使われる。しかし、超硬合金は大変に硬いために加工が難しく、複雑な形状が作りにくいという課題がある。その一方で、製造コストを抑えて製品の品質を保つためには、金型を効率的に冷却するための配管を配置したり、温度や荷重の状態をリアルタイムでモニターするセンサーを取り付けるための複雑な内部構造を設ける必要がある。
そこで、名古屋大学（小橋眞教授、高田尚記准教授、 鈴木飛鳥助教）を中心とする研究グループは、金属3Dプリンターに注目し、金属の粉末をレーザー光線で溶かして積層する「レーザー粉末床溶融結合」（LPBF。Laser Powder Bed Fusion）プリンターを使った超硬合金による3Dプリント技術の開発に着手した。まずは、精密研磨剤メーカーのフジミインコーポレーテッドが、3Dプリントに適した超硬合金の粉末について、最適な原材料の調合、粒度分布、粒子密度、流動性の調整などを経て開発した。そして名古屋大学とあいち産業科学技術総合センターは、造形条件と造形後の熱処理方法を検討。最適条件を見つけ出した。
これを受けて、フジミインコーポレーテッドは3Dプリンターによる造形試験を重ね、超硬エンドミルや超硬ラティス構造体など、さまざま形状を造形できるようにした。さらに、旭精機工業がこの成果をもとに、内部に冷却配管やセンサーを内蔵できる空間構造を持つ深絞りプレス成形金型を製作した。
完成した金型を実際の製造ラインに組み込んで連続成形の試験を行ったところ、金型にも製品にも問題はなく、製品製造に適用可能であることがわかった。3Dプリントによる超硬合金金型の成功例は、世界にも類がない「非常に画期的な成果」とのことだ。これにより、金型の内部冷却による製品の品質向上と、プレス成形を行いながらインラインで金型の圧力や温度計測を行い成形工程に反映させ、稼働状況の把握による製品精度を向上させる画期的な製造管理が可能になるという。