従来の製造プロセスと比較して、AMはより複雑な幾何学的デザインを可能にし、冷却液供給の最適化、振動ダンピング、軽量化、トポロジー最適化を実現します。この記事では、切削工具におけるAMの可能性を探り、関連する研究の進展や産業実践をレビューし、将来の方向性とそれが産業応用に与える重要性を強調します。

世界の加工市場は成長を続けており、2023年には3790億ドルに達し、工作機械がこの数字に886億ドルを貢献しています。 旋削やフライス加工などの加工プロセスは、自動車、航空宇宙、防衛、医療分野などの産業で広く使用されています。 これらの技術の長い歴史にもかかわらず、切削工具は常に革新が求められる分野であり、特にデジタルソリューション、プロセスモニタリング、新しい材料の登場によりそうなっています。 破壊的技術として、AMは切削工具の設計と応用をさらに革新しています。

切削工具設計における付加製造の可能性

AMは、特に幾何学的構造や材料特性の最適化において、切削工具設計に前例のない柔軟性をもたらします。以下は、切削工具におけるAM技術が適用される4つの重要な分野です:

1. 冷却および冷却剤供給：AM技術により、冷却剤が切削点により効率的に到達できる複雑な内部冷却チャネルを作成することが可能です。これにより熱の放散が改善され、工具の摩耗が減少し、切削効率が向上します。この設計は、高強度合金や加工が難しい材料を切削する際に特に重要です。

2. 振動減衰と振動挙動：振動は加工精度に影響を与える可能性があります。AM技術は、内部振動減衰構造の設計や、振動を減少させるための異なる材料層の使用を可能にします。これにより、特に高速または精密加工アプリケーションにおいて、加工の安定性と精度が向上します。

3. 軽量設計とトポロジー最適化：軽量設計は切削工具の重量を減少させ、機械への負荷を軽減し、運用効率を向上させます。AMを使用することで、トポロジー最適化により、材料を最小限に抑えつつ高剛性を維持した工具の設計が可能になります。これにより、材料コストが節約され、工具の交換時の柔軟性が向上します。

4. 機能統合：AM技術は多材料印刷を可能にし、ツールが耐摩耗性や振動ダンピングなどの機能を組み合わせることを可能にします。これにより、複数のツールの必要性が減少し、生産効率が向上します。これらの機能は特定の加工ニーズに合わせてカスタマイズでき、ツールの寿命を延ばし、生産性を向上させます。

科学研究と産業応用

AMは切削工具において大きな可能性を示していますが、産業用途には高い生産コストや大量生産の制限といった課題があります。しかし、技術が進歩するにつれて、これらの問題は徐々に解決されています。より多くの企業がAM製造の切削工具を試験し、採用しており、特定のシナリオにおいて加工性能が大幅に向上しています。

AMは、冷却液供給、振動低減、軽量化、機能統合において重要な可能性を持つ切削工具の設計と性能最適化に新しい視点を提供します。今後の研究は、製造コストや工具寿命など、AM工具の適用における現在のボトルネックを解決することに焦点を当てるべきです。技術が成熟するにつれて、AMは切削工具の設計と製造において主要な推進力となり、産業生産にさらなる革新の機会をもたらすでしょう。