金属積層造形技術と応用展開およびEBM SLMの適用事例

はじめに：ものづくり現場を変革する金属積層造形技術

今、製造業の現場では「金属積層造形技術（3Dプリンティング）」が大きな注目を集めています。

従来の切削加工や鋳造とは異なり、デジタルデータから直接金属部品を造形できるこの技術は、私たちが長年積み上げてきたモノづくりの常識を根底から揺るがすインパクトを持っています。

特に、現場で苦労していた複雑形状の製作、短納期対応、そして新しいビジネスモデルの創出において、金属積層造形が大きな役割を果たし始めています。

この記事では、金属積層造形技術の概要とその応用展開、主要技術であるEBM（電子ビーム溶融法）、SLM（選択的レーザー溶融法）の適用事例について、現場目線と実践的な観点で深堀してまいります。

金属積層造形技術とは何か？

金属積層造形は、その名の通り「材料を積み重ねて部品を作る」技術です。

もともとプラスチックなど非金属材料を対象に発展してきた積層造形ですが、近年は粉末状の金属材料を使い、強度や精度が求められる工業用途でも十分に活用できるレベルに到達しています。

最大の特徴は、設計した3D-CADデータを直接読み取り、必要な場所だけに金属材料を選択的に溶融・凝固させることで、従来難しかった中空やアンダーカット、微細構造を一体で作れる点にあります。

これにより、材料の無駄を極限まで減らしつつ、設計の自由度が飛躍的に向上しました。

昭和型アナログ製造の限界と積層造形

たとえば、これまで治具や金型、複雑な冷却配管を組み込む成形系部品などは、手間と時間をかけて段取りし、多くの工程を踏みながら加工してきました。

品質保証の観点や歩留りの悪さ、さらには熟練技能者の減少という社会課題も顕在化する中、金属積層造形は「設計通りのものを即座に作る」という抜本的な効率改善につながります。

しかし、現場に強固に根付いていた「アナログな思考」や「慣習」から脱却するには、技術そのものの本質理解と、現行の工程や購買・調達の仕組みを根本から見直すラテラルな発想が不可欠です。

代表的な金属積層造形技術：EBMとSLM

金属積層造形技術はさまざまな方式がありますが、今回は「EBM（Electron Beam Melting）」と「SLM（Selective Laser Melting）」という代表的な二方式に焦点を当てます。

それぞれの特徴と現場適用におけるメリット・デメリットを整理します。

EBM（電子ビーム溶融法）の特徴

EBMは真空中で電子ビームを金属粉末に照射し、高温で瞬時に溶融・凝固させて積層造形を行う方式です。

アルミニウムやチタンなど難加工材にも対応でき、溶融時の温度が高いため内部応力が少なく、パーツの歪みや割れが発生しにくいことが特長です。

一方で、装置サイズや処理できるパーツ寸法に物理的な制約があり、大きなワークには不向きという面もあります。

また、真空環境下なので工程全体のコストやリードタイムにも影響が出ることを考慮する必要があります。

SLM（選択的レーザー溶融法）の特徴

SLMはレーザー光を金属粉末に照射し、必要な部分だけを選択的に溶融し、積層していく方式です。

層厚みの精度が高く、ミクロン単位の極めて細かな積層が可能です。

特に複雑形状や微細冷却チャネルを持つ部品製作で多く活用されており、航空宇宙、自動車、医療分野で急速に普及しています。

ただ、溶融時に内部応力が発生しやすく、材料によってはワークの歪みが生じやすいため、後工程での熱処理や応力除去が不可欠です。

また、表面粗度についても後処理の必要性が残るケースが多いです。

現場マネージャー目線で見る、適用拡大のカギと壁

金属積層造形は、単なる「新しい加工法」という枠を超え、サプライチェーン全体にイノベーションをもたらしています。

ここでは、現場マネージャーや工場長、バイヤーの立場から「いかに導入し、応用展開していくか」という観点で、現状の課題と導入成功要因を掘り下げます。

現場での導入障壁

まず現場でしばしば直面するのが、「積層造形＝試作・小ロット向け」という固定観念です。

量産現場では一貫して従来工法（鍛造、鋳造、切削、プレス）が支配的であり、「積層造形でどこまで品質・コスト・納期が満足できるか」という疑念が根強く残ります。

また、金属粉末材料そのものの価格、装置の初期投資・保守費用、従来品番との互換性、材料証明や検査基準の整備も、大きな壁として存在しています。

バイヤー・サプライヤーの立場で見る導入戦略

バイヤーの立場で重要なのは、単純な調達コストだけでなく「サプライチェーンの設計自由度向上」「備蓄・在庫圧縮」「アフターマーケット対応の迅速化」といった全体最適を目指す戦略視点です。

例えば、金型を必要としないため1品ごとの設計変更や“ラスト・ワン・マイル”の個別化対応が可能となり、従来型の多品種少量生産ラインを根本から見直せます。

一方、サプライヤー側では「積層造形＋切削など従来技術」を組み合わせた新しい下請けスキームを構築し、バイヤーとの関係強化や差別化を狙う動きも加速しています。

この両者の“駆け引き”と“協働”こそが、現場実装の要となります。

金属積層造形の代表的な適用事例

航空宇宙分野：無駄のない設計と軽量化

航空機部品の中でも、燃料ノズルやタービンブレードのような、従来は多部品をアセンブリしていた複雑形状の一体化、極限の軽量化ニーズには特に威力を発揮します。

実際、GEアビエーション社では従来20点以上の部品を組み合わせていたジェットエンジンの燃料ノズルを、SLMによる一体造形でわずか1点に集約し、重量を約25%削減、かつ耐久性を従来比5倍に高めています。

自動車分野：開発スピード強化とデザイン自由度

エンジン部品や吸気マニホールド、さらにはカスタムパーツの製作現場でもSLMやEBMは急速に浸透しています。

小ロット多品種需要が高まるEV車のカスタム部品、レーシング用途の高耐熱部品など、市場変化に柔軟に対応できる点が現場で支持されています。

また、治具や検査具など短納期要求にも積層造形が活用され、開発期間の大幅短縮につながっています。

医療分野：オーダーメイドインプラント

患者一人ひとりの骨格に合わせた人工関節・骨補填材、歯科インプラント等では、3Dスキャンと積層造形の組み合わせが特に有効です。

EBMによる純チタン人工関節は、低コストで高い生体適合性・強度を確保しつつ、複雑形状や多孔質の軽量構造も実現しています。

これにより、患者ごとに最適化された個別治療が可能になり、治療成績の向上にも大きく貢献しています。

製造業バイヤー・サプライヤーに求められるマインドセットとは

積層造形技術の本格活用には、単なる「設備刷新」にとどまらず、サプライチェーン設計・バイヤースキル・原価企画・品質管理といった幅広い領域での“変革思考”が求められます。

バイヤーであれば、「なぜ今この部品に積層造形を選択するのか」「従来比でどんな全体最適が実現できるか」を深く考える洞察力。

サプライヤーであれば、「自社の強みやアセットと積層造形をどう組み合わせれば、付加価値を最大化できるか」という戦略的な技術提案力。

昭和型アナログ製造から、デジタル・ネットワークを駆使する次世代ものづくりへのマインドセット転換が、今こそ必要なのです。

まとめ：ラテラルシンキングで切り拓く製造業の未来

金属積層造形技術は、現場の古い「常識」を超えた発想と、現実的な試行錯誤が融合することで、真価を発揮します。

現場で長年培った勘やノウハウと、積層造形ならではの設計・調達・生産プロセス改革を組み合わせることで、これまで辿りつけなかった新しい地平線が見えてくるのです。

バイヤー、サプライヤー、現場マネージャーの皆さんには、ぜひラテラルシンキングを駆使し、積層造形の「使いどころ」と「導入戦略」を自社なりに探し出してほしいと思います。

製造業の次世代を担う力強い一歩を、共に踏み出しましょう。