NEDO／大阪大学 接合科学研究所
世界初の純銅を積層造形できる3Dプリンタ、高輝度青色半導体レーザー開発で実現
NEDOプロジェクトにおいて、大阪大学 接合科学研究所 教授の塚本雅裕氏らの研究グループが「世界初」をうたう純銅を積層造形できる3Dプリンタを開発した。純銅粉末を溶融させるために、出力100Wの高輝度青色半導体レーザーを開発。近赤外線レーザーを用いた3Dプリンタでは困難だった、純銅を用いた加工部品などの造形が可能となる。
純銅の積層造形のサンプル
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）は2017年10月24日、NEDOプロジェクトにおいて、大阪大学 接合科学研究所 教授の塚本雅裕氏らの研究グループが「世界初」をうたう純銅を積層造形できる3Dプリンタを開発したと発表した。
塚本氏らの研究グループと島津製作所が共同で取り組み、日亜化学工業および村谷機械製作所の協力を受けて開発。青色半導体レーザーの高輝度化により、純銅を積層造形できる世界初の技術を実現したという。
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複雑な構造の流路を持った純銅ヒートシンクなども実現可能に!?
3Dプリンタは多品種少量生産を可能とし、多様化するニーズに対応できる製造方式として注目され、現在では金属素材を用いた3Dプリント技術の実用化が進んでいる。しかし、航空宇宙や電気自動車などの多くの産業が期待している純銅素材の積層造形については、従来の近赤外線レーザーを用いた3Dプリンタでは溶融に課題があり、実現が難しいとされていた。
純銅を積層造形できる3Dプリンタの開発に当たり、研究グループらは純銅粉末を溶融させるために必要なパワー密度が得られる出力100Wの高輝度青色半導体レーザーを開発。波長450nmの青色半導体レーザー光を、コア径100μmの光ファイバーから出力することで、直径100μmのスポットに容易に集光できるようになったという。出力100W時の直径100μmのスポットにおけるレーザー光のパワー密度は、1.3×106W／cm2となり、純銅粉末を溶融させるのに十分なパワー密度を得ることができたとする。
高輝度青色半導体レーザー搭載SLM方式積層造形技術
そして、この高輝度青色半導体レーザーの集光ヘッドを採用したSLM（Selective Laser Melting）方式3Dプリンタ（高輝度青色半導体レーザー搭載SLM方式3Dプリンタ）として開発。純銅の積層造形を実現することに成功した。
高輝度青色半導体レーザー搭載SLM方式3Dプリンタ
なお、開発した3Dプリンタには、レーザーの照射位置を制御するために用いられるガルバノミラーが用いられておらず、集光ヘッドを直接稼働させる構造を採用したことで低コスト化を実現している。
今回の成果により、これまで近赤外線レーザーを用いた3Dプリンタでは困難であった純銅をはじめとする材料の積層造形が実現可能となり、航空宇宙や電気自動車などの産業に必要な加工部品への応用が期待される。また同3Dプリンタは、LMD（Laser Metal Deposition）方式よりも造形精度の高いSLM方式を採用しているため、複雑な構造の流路を持った純銅ヒートシンクなどへの応用も期待されるとする。
このたびの取り組みと成果に関しては、米国アトランタで開催される国際会議「The International Congress on Applications of Lasers＆Electro-Optics（ICALEO）」（会期：同年10月22～26日）で発表される他、米国サンフランシスコで開催の国際展示会「Photonics West 2018」（会期：2018年1月30日～2月1日）でも公開される予定だという。
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