加工技術の科学が　
ものづくりの強みをさらに強化する

材料から製品をつくりあげる加工分野は、ものづくりの柱ともいえる分野の一つ。3Dプリンターの登場で、加工技術の可能性はさらに大きく広がっています。
田代研究室では、3Dプリンターを使うAM（Additive Manufacturing）技術や難削加工、超仕上げ加工など、時代の先端を行く研究を進めています。

ステンレスの複合加工を研究　
金型の新たな時代を拓く

重くて硬い金属が、軽くしなやかになる。そんな一見不可能なことを実現したのがAM技術です。AM技術とは、3Dの設計図を元に3Dプリンターで材料を積層し立体を造形する技術。

田代研究室では、金属粉末を敷き詰めた上にレーザーを照射して必要な部分を溶かして固める工程と切削の工程を繰り返す「金属粉末光造形複合加工」という方法で、ステンレス鋼の金型を造形する実験を進めています。

ステンレスは熱が伝わりにくいために切削中に温度が上がり、切削工具の摩耗が激しい材料です。そのため、寸法精度や強度に優れた金型が加工できて、なおかつ工具の摩耗も抑えられる条件を探っています。また、レーザーの出力や走査速度の調整によって、微細な穴が開いたポーラス構造の金型をつくる技術を確立することもテーマ。ポーラス構造の部品を金型の一部に用いると、通気性がよく樹脂が充塡しやすいため、消費電力を少なくできるなどのメリットがあります。

音や衝撃を緩和する金属素材の誕生！　
人工関節材に活用されれば生体への親和性もアップ

ポーラス構造のステンレス鋼には、水やガスを通すというユニークな特性があります。この構造特性から、金属製の金型でプラスチック成形する時に、圧縮された空気の抵抗圧を抑えるのに“空気の抜ける金属”があればスムーズにできる、という発想が生まれました。

ポーラス構造のステンレス鋼は、硬くて強い金属の強度はそのままに、液体や気体を通してくれるほか、音や衝撃を緩和するという特性があります。また孔が開いているぶん重さも軽減。輸送コストや加工を考えた時、重量が軽いということは大きな意味を持ちます。

こうした特性から、暮らしに身近な用途として期待されるのが人工関節。現在、人工関節の材料にはチタン合金やコバルトクロム合金、ステンレス合金、タンタル、セラミック、ポリエチレンなどが使われています。これらの関節素材は、形成後、生体親和性を高めるなどの目的で表面的に凹凸加工が加えられています。けれどもポーラス加工された材料なら、内部にまで液体を通す孔が開いているため細胞や膜が定着しやすく、より生体親和性が高くなると考えられます。