中古 オープンキューブ 3Dプリンター SCOOVO C170

加工機内3Dプリンター（ハイブリッド加工機）の特徴

工作機械の内部に金属3Dプリンター機能を統合した装置は、一般に「ハイブリッド加工機」や「積層造形機能付き工作機械」と呼ばれます。最大の特徴は、材料を積み上げて形作る積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）と、不要な部分を削り落とす切削加工（サブトラクティブ・マニュファクチャリング）の双方を、同一の加工機内で連続して行える点にあります。

従来の金属3Dプリンターでは、造形されたままの表面が粗く、最終製品として使用するには別の工作機械へ移しかえて仕上げ加工を行う必要がありました。加工機内に3Dプリンターを備えたシステムでは、ワークの段取り替え（付け替え作業）を行うことなく、高精度な切削加工へ即座に移行できます。これにより、ワークの再セッティング時に生じる位置決め誤差を排除し、極めて高い寸法精度を維持することが可能です。また、製造工程全体のリードタイム短縮や、工場内の省スペース化にも大きく貢献します。

加工機内での造形と切削の仕組み

加工機内の3Dプリンターは、主に「指向性エネルギー堆積法（DED方式）」と呼ばれる技術を採用しています。この仕組みは、加工ヘッドのノズルから金属粉末や金属ワイヤなどの材料を供給し、そこに高出力のレーザーや電子ビームを照射して瞬時に溶融・凝固させ、基材の上に金属を積み上げていくものです。

装置内部には、従来の切削用ツールを保持する主軸と、金属を積層する造形ヘッドの両方が組み込まれています。数値制御（CNC）プログラムに基づき、自動工具交換装置（ATC）やヘッドの切り替え機構を用いて、造形と切削のプロセスを柔軟に組み合わせます。

具体的なプロセスとしては、まず3Dプリンター機能で大まかな形状を積層造形します。続いて、ヘッドを切削工具に切り替え、積層した部分の表面や寸法を高精度に削り整えます。製品の構造上、完成後には刃物が届かなくなる内部空洞や複雑な流路がある場合は、「途中の高さまで積層して内部を切削加工し、その上からさらに積層する」という交互の加工ステップを踏むことで、極めて複雑な構造を作り出します。

主な用途と活用領域

加工機内の3Dプリンターは、従来の切削加工のみ、あるいは単体の3Dプリンターでは実現が困難であった高度なものづくりにおいて、多岐にわたる用途で活用されています。

代表的な用途の一つが「高付加価値部品の修復・再生」です。航空宇宙産業で使われるタービンブレードや、自動車製造で用いられる大型金型などは、使用に伴い摩耗や損傷が生じます。加工機内3Dプリンターを用いれば、肉盛り溶接のように損傷部分だけに金属を精密に積層し、そのまま同一機内で元通りの寸法へと高精度に削り出すことができます。部品全体を作り直す必要がないため、大幅なコスト削減と納期短縮を実現します。

また、「複雑内部構造を持つ部品の一体成形」でも威力を発揮します。金型内部に複雑な冷却水路を配置する水冷構造金型や、軽量化のために内部を中空構造にした構造部品などが該当します。切削工具が届かない内部構造を積層加工で作製しつつ、外周や勘合部などの精度が必要な箇所を切削することで、性能と精度の両立が可能です。

さらに、ベースとなる金属材料の上に異なる種類の金属を積層する「異種金属接合（マルチマテリアル成形）」や、既存の汎用形状部材に必要な突起やフランジ部分だけを積層加工で付加する「追加工」といった用途でも導入が進んでいます。