日立金属様は、特殊鋼をはじめとする高機能材料の研究開発をベースに、さまざまな金属材料や各種製品を提供する日立グループの中核を担う企業です。同社は、自動車、産業インフラ、エレクトロニクスの関連分野の事業にとどまらず、航空機、エネルギー、医療機器と幅広く事業展開し、新たな価値の製品を生み出す世界でも類を見ない高機能材料の総合メーカーです。事業構造としては、特殊鋼、磁性材料、素形材、電線材料という、4つのセグメントで構成されたカンパニー制を採用しています。それぞれのカンパニーを支えている研究開発拠点として、冶金研究所、磁性材料研究所、素材研究所、電線材料研究所があります。

同社が新たに設立したグローバル技術革新センター（GRIT：Global Research & Innovative Technology center）は、企業基盤を支える研究所です。GRITの役割について、技術潮流の変化を踏まえた10年後、20年後を目標とする新事業創生に向けて、"真の開発型企業"を目指す中心地と位置付けています。

戦略革新部の主管研究員である大坪靖彦様はGRITについて次のように説明します。「これまで、カンパニー制による独立独歩の体制で得意分野での研究開発をスピーディーに進めてきましたが、その一方で、横の交流が限定されるという面がありました。そこで、どこのカンパニーにも属さない研究所として、それぞれの分野にこだわらない幅広い研究分野にアプローチするという新たな役割を担うためにGRITを設立しました。いわば横串のようなものです。既存の研究所と連携しながら、新製品・新技術の開発、新規需要の創出に取り組んでいます」

金属3Dプリンターの取り組みについて大坪様は語ります。「日立金属の中でも屋台骨が大きい特殊鋼カンパニーの主力製品は金型材料になります。ですから、我々にとって金属3Dプリンターの存在は、金型が置き換わっていくのではという脅威を感じさせるものでした。しかし、あえて自らの技術を否定する金属3Dプリンターに取り組み、脅威を機会に変えることで市場の変化に対応できると考えたのです。従来の研究体制では難しかったこのような取り組みがGRITにより可能になりました。この金属3Dプリンターに関して日立金属の取り組みは後発ですが、これまで材料メーカーが踏み込んでいない分野であるため、大きなビジネスチャンスと捉えています」

2018年6月に導入した金属3DプリンターEOS M 290について大坪様は次のように評価します。「EOSは世界シェアがトップであり信頼性に優れている点が導入の決め手になりました。ソフトウエア関係では、造形データ作成時にEOSPRINTを使うことでスムーズに造形できることも利点の一つです」

さらに、EOSのアプリケーションである溶融プロセスを監視するモニタリングシステム「EOSTATE Exposure OT」を導入しています。3Dプリンティングのプロセスをリアルタイムで追うことで品質管理の効率化を図ることを目的としています。その他には、金属積層造形プロセスシミュレーションソフトウエア「Simufact Additive」を導入して造形時の変形予測に活用しています。

現在、金属3Dプリンターの材料開発を行っているメンバーは、エンジニア10名とオペレーター3名です。さまざまなバックグラウンドを持った人材が集まり、設計、品質保証、操作、ソリューション化といったそれぞれの立場から、新たな可能性を模索しています。おのおのの担当者の声も交えて、研究機関ならではの活用現状をご紹介いただきました。

初期の段階から開発に加わり、現在はトータルでのソリューション化を担当している研究員の岡本晋哉様によると、「材料開発と造形プロセスの開発を行っています。3Dプリンターの材料という新たな金属粉末に加えて、造形プロセスも開発し、トータルでのソリューションとして提供します」と研究機関の役割を説明します。

品質保証を担当する主任研究員の青田欣也様は、「EOSTATE Exposure OTによるモニタリングで、欠陥が出たときの状況を調べて原因を探っています。造形の良しあしを判定する機能は、その判定基準をユーザーが設定するスタンスになっています。そのため、モニタリングの結果と充填率の相関について集計しながら、最適な判定について試行錯誤している段階です。それらが積み重なって実績になってきています」と取り組みを話します。

さらに、設計を担当する研究員の岡本賢一様は、「Simufact Additiveについては利用し始めたばかりですが、ソリなどの変形や残留応力などを予測して、設計へフィードバックするようにしています。設計の段階で不具合をつぶしていれば、EOSオペレーターの負担を軽減できます。また、新しい製品の量産になると、成功例よりも失敗例が数多くあった方が役に立ちます。研究段階でいかに多くの失敗をして、その挽回方法を用意するかが重要です」と話します。

大坪様も「そういった試行錯誤は研究所だからできることです。どれだけ少ないサポートで変形することなく、特性、組織も異常なく造形できるのかというノウハウが重要になってきます。我々は材料メーカーという強みを生かして、形を造形するだけでなく、製品の特性まで保証したモノづくりをご提案したいと考えています。そういう意味でもEOSTATE Exposure OTやSimufact Additiveは必要なツールです。さらに、お客さまの要請に応えていくためにも、研究員のノウハウを積み重ねながら形にしていきたいと思います」と研究開発としてのスタンスを説明します。

「3Dプリンターならではの材料を提供していくことが材料メーカーとしての使命だと思っています。我々は、3Dプリンターならではの特長を生かすことを"ならでは材料"、"ならでは設計"、"ならでは造形"と言って、プロセス開発までを含めた研究開発に取り組んでいます。また、3Dプリンターの普及では、日本は遅れていると感じていますが、材料の研究開発では、まだ大きな可能性があると考えています」と積層造形用の新たな金属粉末のビジネスチャンスについて大坪様は語ります。そういう環境下で、すでに誕生した金属粉末があります。

一つは、5つの元素を均等な割合で含む40μmの金属粉末です。日立製作所の研究開発グループと共同で3Dプリンターによる積層造形に適した金属粉末を開発するとともに、この粉末をレーザー焼結法で積層する造形プロセスの条件を突き止め、ハイエントロピー合金「HiPEACE^®」の開発に成功しました。この金属粉末は、高い強度、耐食性を備えており、既存のニッケル基合金よりも過酷な環境で用いることができる可能性があります。

研究開発の場でEOS M 290は、日中はもとより夜も週末も無人稼働しています。最後にEOSとNDESへの期待を伺うと、青田様は「最初、スタッフはみんな初心者だったので、NDESの教育やサポートの手厚さとマニュアル類が充実していることに感謝しています」と運用面での利点を話します。

岡本賢一様は「EOS M 290は使いやすいですし、EOSTATE Exposure OTなど、研究開発にも役立つ機能があって助かっています。ゆくゆくは、蓄積したEOSTATE Exposure OTのデータをベースにAIに機械学習させて、どんな場面で欠陥がでるのか分析したいと考えています」と今後の取り組みも話します。

大坪様がこう締めくくります。「NDESの一生懸命なサポートのおかげで、スムーズに立ち上がれたと思います。私自身、NDESのAMデザインラボに行き、技術的なことで話ができるエンジニアがいると分かり、安心して任せられると思いました」

日立金属様は、材料の分野からモノづくりのための研究開発を続けています。そこには、新たな可能性を探る地道な積み重ねがありました。NDESも、材料開発という分野にご協力すべく、努めてまいります。