次世代バーナーヘッド（SSAB製鋼生産向け）

デブラとEOSが銅を用いたAMの道を開く

2025年12月1日 | 読了時間：5分

完璧は良き敵なり：これはフィンランドの製鉄所におけるSSABのガスプレーナー向け、全く新しいタイプのバーナーヘッド開発のモットーと言えるだろう。この目標達成のため、SSABはAM（積層造形）の専門家であるデルバ社のCTO、マルク・リンドクヴィストに接触した。技術サービス企業エテプランはバーナーヘッドのシミュレーションと設計支援のために参画した。課題：旧式バーナーヘッドの設計を克服し、生産性と品質を向上させること。今日では、緊密な協力関係と積層造形による銅部品の特異な特性により、それ以上の成果が達成されている。

鉄鋼生産における課題：生産性、品質、持続可能性

SSABは高強度鋼および関連サービスに特化したグローバル鉄鋼メーカーです。フィンランド・ラーヘにある同社の生産拠点では、ある工場でガスプレーナーを使用し、鋼板が板金製造工程に入る前に表面の凹凸を平滑化し除去しています。従来の設備では、鋼板表面は粗く深い溝が多く見られました。製品品質の向上と廃棄物の削減を図るため、SSABは生産プロセスの最適化方法を模索しました。

最初の打ち合わせで、SSABは新型バーナーヘッドの開発を希望していると伝えました。最適化されたガス流を実現し、品質と生産性の面でより良い成果をもたらすものであるべきです。
フィンランド企業デルバ社の最高技術責任者（CTO）、マルク・リンドクヴィスト

プロジェクト開始時点では、要求事項を具体的にどう満たすかはまだ不明確だった。その時点でデルバは新たなバーナーの設計とシミュレーション支援をエッテプランに依頼した。デルバ、エッテプラン、SSABの3社はエキサイティングなAM（アドバンスト・マニュファクチャリング）の旅に乗り出した。そして当時、サステナビリティが様々な形でこの取り組みに組み込まれることになるとは、誰も予想していなかった。

銅AMのための共同戦線： 諦めることが選択肢にない時

金属積層造形全般を見ると、レーザー粉末床溶融法は幅広い材料に対応し、複雑な形状の精密部品を継ぎ目なく製造可能にします。「これがSSAB用途における我々の目標でもありました」とリンドクヴィストは説明します。「しかしニッケル基合金で製作した最初のバーナーヘッド試作品は、SSAB用途の過酷な環境条件に耐えられませんでした。インコネル718は高温合金であるため、優れた材料選択肢となるだろうと考えました」。しかし初期試験で判明したのは、高温耐性が問題ではなく、主要な材料特性は熱伝導率であるということでした。そこで銅合金CuCrZrの使用が解決策となり得るかという疑問が生じたのです。

銅には高い軟らかさ、展性、熱伝導性など多くの利点がある。しかし長らく、この材料を扱い信頼性が高く再現性のある結果を得るための適切なAMプロセスは見つかっていなかった。2024年、EOSは新たな純銅材料を開発し、EOS M 290 システムを用いて熱管理や部品解像度といった核心的な課題を解決した。「初期試験段階では、EOSのキラーマシンはまだ導入されていませんでした」とマルックは語る。「そこでEOSと緊密に連携し、銅AMが我々のあらゆる疑問への答えだとすぐに気づいたのです」

最初の銅試験では、バーナーヘッド上部はCuCrZr製とし、細い流路は316Lで形成した。銅製の「リップ」は、積層造形された316Lの直上に直接製造された。「最小0.7mmの流路が確実に開通することを確認したかったが、当時は銅材料の経験が乏しかった」。設計改良と現場試験を経て、最終的には80µmの層厚を持つ0.7mmチャネルを含む全部品を銅製化できた。「SSABは一貫して非常に柔軟な姿勢を示し、成功を収められたことを大変嬉しく思う」

「最初の試験では、EOSキラーマシンはまだ完成していませんでした。そこでEOSと緊密に連携し、銅AMがすべての疑問を解決する答えだとすぐに気づきました。SSABは終始非常に柔軟な姿勢で臨んでくれ、成功を収められたことを大変嬉しく思っています。」
フィンランド企業デルバ社CTO マルク・リンドクヴィスト

あらゆるレベルでのメリット：単なる新しいバーナーヘッド以上の価値

一方、デルバ社は2基の1kWレーザーを搭載したAMCM M 290-2 1kWマシンを導入し、生産を開始した。さらに同社はバーナーヘッドへ接続する配管の設計と最適化を実施。積層造形とハイブリッド印刷技術が重要な役割を担った。現在、14基のプリント銅製バーナーがSSAB社のガスプランナー内で稼働している。新たな設備で生産される鋼ビレットの表面が滑らかになったことは、最も顕著な利点の一つであり、これにより歩留まりも向上した。いずれも、複雑な形状のチャネルによって実現されたガス流の改善に関連している。「さらに、当社のバーナーは6.7kgと軽量で、旧モデルの12.9kgに比べて大幅に軽量化されています」とマルックは語る。「システム全体の振動が低減されました。何トンもある重機ですから、振動の減少は機械の疲労軽減につながり、結果として耐久性の向上という形で効果を発揮します」。さらに、バーナーはメンテナンス不要で従来よりはるかに長寿命です。

プロセス効率化によりCO₂排出量も削減されます。年間14,000～30,000トンの削減が見込まれており、今後数ヶ月で検証されます。最大30,000トンのCO₂削減は、スイスのサンモリッツに匹敵する規模の小さな町全体の年間炭素排出量を相殺することに相当します。「別の計算方法では、年間500万ユーロの節約となり、これは真のサステナビリティ事例と言えます」とマルクは付け加える。新しいバーナーヘッドは一体成型で印刷されるため、漏れによるダウンタイムを引き起こすメンテナンス作業も不要になる。「寿命が延びたのは素晴らしい改善点です。機械のメンテナンスが不要になり、生産を継続できる」とSSABの保守担当者は述べる。マルク・リンドクヴィストが最後に挙げる利点は、従来のバーナーヘッドが2ヶ月かかる納期に対し、2週間という短納期を実現したことであり、部品価格も従来品と同等である。

過去を振り返り、未来を見据えて：次のプロジェクトに向けて準備万端

「非常に長い道のりでした」とマルク・リンドクヴィストは振り返る。「しかし成功の秘訣は、各段階で問題を特定し、次のステップへ進むために解決できたことです。SSABとエテプランとの非常に良好で緊密な協力関係のおかげです」。最終製品は、最高の性能を引き出すための最終調整中であり、現在も以前の試作機が懸命に稼働している。デルバは銅のAMという難題を克服し、他のプロジェクトへの扉を開いた。「銅は全く異なる挙動を示す——これまでに得たノウハウを活かし、今後どんな可能性を引き出せるか見てみよう」。最も興味深い応用例の一つは熱交換器の開発だ。幾何学的自由度を最大限に活かし、最高レベルの熱伝導性と生産性の完璧なバランスを実現する。

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