ビルドチャンバーを超えて：AM生産における自動脱粉技術に関するSolukonの取り組み

ソルーコンのプロセス開発エンジニア、ヘマーンク・ラージ氏と

2025年5月13日 | 読了時間：5分

積層造形（AM）は試作から量産への橋渡しとして重要性を増しており、この移行には全工程における自動化と精度が求められる。造形プロセス自体が注目されがちだが、粉末除去などの後処理工程は高品質で信頼性の高い部品を実現する上で極めて重要である。

最近の「Additive Snack Podcast」エピソードでは、ホストのファビアン・アレフェルトがSolukonの専門家ヘマーンク・ラージを迎え、AMバリューチェーンにおける自動脱粉工程の重要性を探った。この一見ニッチな領域が、特に要求の厳しい
産業における複雑な用途において、AMの拡大を支える基盤となる理由が議論を通じて明らかになった。

市場の引きから自動化ソリューションへ：Solukonの歩み

ソルーコンの自動脱粉工程への取り組みは、投機的な事業としてではなく、市場のニーズに直接応える形で始まった。

ヘマーンク・ラジ氏によると、当初、アンドレアス・ハートマン氏とドミニク・シュミット氏（いずれも機械製造と 3D プリンティングで数十年の経験を持つ）によって設立されたエンジニアリングコンサルタント会社である Solukon は、ドイツの有名な自動車メーカーから打診を受けた。この自動車大手は、大型 3D プリンターの早期導入企業であり、大きくて複雑な部品の脱粉に重大な課題に直面していた。

彼らは最初の自動化ソリューションを開発し、その成功と顧客の喜びは瞬く間に広まり、様々な業界からの注文が増加した。

自動脱粉工程：安全性、再現性、効率性

Solukonの提供する中核技術は「完全非接触」の自動脱粉体プロセスである。これは密閉された大気制御チャンバー内で、手作業を一切介さず3Dプリント部品から未焼結粉末を除去する工程を指す。材料に応じて、安全確保のため窒素（アルミニウム用）やアルゴン（チタン用）などの不活性ガスでチャンバーを充填する。プログラム可能な回転と振動を利用することで、Solukonシステムは徹底的かつ均一な粉末除去を実現します。

ラジは手動または半自動の方法に対する二つの主要な利点を強調した：

安全性向上：作業者が危険な可能性のある金属粉塵にさらされるリスクを排除。
信頼性が高く再現性のあるプロセス：部品が毎回同じ基準で洗浄されることを保証します。

従来、内部チャネルを有する複雑形状部品の脱粉作業では、開放環境での外部振動装置の使用が一般的であった。これは健康リスクを伴い、多大な時間を要した。あるいは手吹き式チャンバーを用い、作業者が手動でチャネル内に空気を送り込む方法もあった。これらの手法は、特に大型・重量物や複雑なチャネル構造を持つ部品において、自動化ソリューションが持つ安全性・均一性・効率性に欠けていた。

自動脱粉工程で最大の恩恵を受けるアプリケーション

ソルコンの顧客の多くにとって、作業員の健康と安全が最優先事項であるため、単純な部品であっても手作業による脱粉体は選択肢になり得ない。安全面に加え、ソルコンの最大規模の機械が対応可能な高さ1.5～1.6メートルに達する大型・重量部品は、手作業での脱粉体が事実上不可能である。

このような大規模システムの構築には、独自の技術的課題が伴う。Solukonは「プラグアンドプレイ」デバイスを優先し、ユニット全体の輸送に耐える寸法制限のある機械を設計している。必要な接続は圧縮空気と不活性ガス供給源のみである。

大型部品向けに、Solukonの機械はフォークリフト搬入用の120度まで開く大型ドアを備え、クレーン積載用の垂直開閉式屋根も装備しています。

内部では、搬送システムは不活性雰囲気下で大量の粉末（初期重量の大部分を占めることが多い）を処理し、高い粉末回収率（ある顧客の報告によれば最大99%）を実現しなければならない。この粉末処理システムとのインターフェースは顧客向けに合理化されており、不活性雰囲気を維持しながら粉末移送を管理するセンサーには、多くの場合2線式接続のみで対応可能である。

品質と再現性の確保：スマートな脱粉工程

脱粉体化における重要な課題は、特に粒子が滞留しやすい複雑な内部チャネルから全ての材料を確実に除去することです。Solukonはこの課題を複数の機能で解決します。同社の装置にはデジタルファクトリーツール（DFT）が組み込まれており、これは脱粉体化プロセス中に詳細なデータを記録するセンサーパッケージです。このデータにより顧客はプロセスを詳細に監視し、レポートをエクスポート（エネルギー・ガス消費量を詳細に記したカーボンフットプリントレポートの生成も可能）、確立された基準に準拠することで再現性を確保できます。

システムの回転および振動パターンをプログラミングすることは、部品の複雑さに合わせて適応させることが可能です：

手動モード：操作員が初期制御を行い、粉末の流れを観察できるようにする。
自動モード：顧客の50～60％に十分対応可能。機械は設定時間内に部品を全可能な向きに回転させ、振動と高周波ノズル励起を適用する。
プロファイルモード：複雑でない形状の場合、ユーザーは機械本体またはコンピュータ上で、特定の回転角度とバイブレーターの制御をプログラムできます。
SPR-Pathfinder®：最も先進的なオプションであり、複雑な内部チャネルを持つ部品（例：直径1.0mmのチャネルが一般的）に不可欠です。このソフトウェアは
部品をボクセル化し、全ての空隙を識別し、それらを粉末粒子で仮想的に充填した後、スタジアムを空にするように、各粒子にとって最も効率的な退出経路を計算します。

脱粉設計：重要な考慮事項

ラージは、後処理、特に脱粉工程を考慮した設計がしばしば軽視されている点に強く同意した。一般的な設計上の誤りには、出口ポートのない極端に狭い、あるいは盲目の内部
チャネルが含まれる。主要な設計ガイドラインは以下の通りである：

全チャネルの出口ポートを確保する。
内部チャネルの保守的な長さ対直径比（L/D比）を維持する（従来は約4であったが、Solukonは現在ではより極端な比率にも対応可能）。
水路では鋭角を避け、滑らかな螺旋状の構造を採用する。
粉末は機械的噛み合いにより粗い表面に付着する傾向があるため、内部表面の粗さを最小限に抑える。

SPR Pathfinderソフトウェアは、設計者が印刷前に内部チャネルを通る粉末の流れをシミュレートし、設計プロセスの早い段階でボトルネックを特定できるようにすることでこれを支援します。Solukon社は、直径0.4mmという微細なチャネルを持つ部品の脱粉体を成功させており、超音波励起装置を用いて部品を超音波帯域（約30～38kHz）で振動させ、部品を損傷することなく極細チャネル内の凝集粉末を分散させる手法を頻繁に採用しています。

未来：ロボティクスと統合ソリューション

ラージは、脱粉作業を「より自動化され、よりスマートに」するための進行中の取り組みを明らかにした。これには、機械内部にロボットアームを導入し、特殊な振動装置を用いて特定のボトルネック領域をターゲットにしたり、手の届きにくい通路で自動ブラスト処理を行ったりする技術が含まれる。

Solukonはまた、不活性雰囲気を維持しながらの完全自動積載・荷卸しなど、顧客固有の課題に対するカスタムメイドの単発ソリューションの開発を継続しています。
この進化により、Solukonは単なる機械ではなく、包括的な脱粉体化ソリューションの提供に専念するメカトロニクス中心のエンジニアリング企業としての地位を確立しています。

ヘマーンク・ラージの洞察が示すように、自動脱粉工程は単なる追加機能ではなく、生産AMにおける品質・安全性・効率性・コスト効率に不可欠な、技術主導の複雑なプロセスである。業界が進歩するにつれ、こうしたインテリジェントな後処理ソリューションは設計の自由度を拡大し、最も要求の厳しい用途においてもAMが実用的な製造手法としての地位を確固たるものにしていく。