マルエージング鋼の3Dプリンター活用5選

「マルエージング鋼は3Dプリンターで造形できるの？」「硬度や熱処理、価格はどのくらい確認しておくべき？」「金型や治具に使えるなら、一度検討してみたい」と考える方も多いのではないでしょうか。

実際のところ、マルエージング鋼の3Dプリンター活用では、材料の強度だけでなく、用途、熱処理、後加工、コストまで含めて判断することが大切です。

結論から言うと、マルエージング鋼は高強度が求められる金型、治具、試作部品などで活用しやすい一方、すべての金属部品に向いているわけではありません。

この記事では、マルエージング鋼の3Dプリンター活用例を5つに分けて紹介しながら、硬度や熱処理、価格、依頼前に確認したいポイントまでわかりやすく解説します。

【マルエージング鋼は3Dプリンターで造形できる？】

①マルエージング鋼は金属3Dプリンターで造形可能な材料

マルエージング鋼は、金属3Dプリンターで造形できる金属材料のひとつです。一般的な樹脂3Dプリンターでは扱えませんが、金属粉末を使う産業用の3Dプリンターでは、マルエージング鋼を使った造形が行われています。

マルエージング鋼は、高い強度と粘り強さを持つ金属材料として知られています。特に、金型、治具、工具、機械部品など、強度や耐久性が求められる用途で検討されることが多い材料です。

ただし、マルエージング鋼を3Dプリンターで造形する場合は、単に「金属を印刷する」というイメージだけで判断しないことが大切です。実際には、造形後の熱処理、表面仕上げ、寸法精度、コストなどを含めて検討する必要があります。

そのため、マルエージング鋼の3Dプリンター活用では、材料の強さだけでなく、最終的にどのような用途で使うのかを明確にすることが重要です。

②主に金属粉末を使った造形方式で使われる

マルエージング鋼の3Dプリントでは、主に金属粉末をレーザーで溶融・凝固させながら積層する方式が使われます。代表的には、L-PBF方式やSLM方式などと呼ばれる金属粉末床溶融結合方式です。

この方式では、金属粉末を薄く敷き、必要な部分だけをレーザーで固めていきます。それを何層も繰り返すことで、立体形状を作ります。切削加工のように材料を削って形を作るのではなく、必要な形状を積み上げて作る点が特徴です。

この仕組みにより、従来の加工方法では難しかった複雑な内部形状や、軽量化を意識した構造も検討しやすくなります。たとえば、金型内部に冷却流路を配置したり、部品の内部に空洞や複雑な構造を持たせたりする設計が可能になります。

一方で、金属3Dプリンターは万能ではありません。造形方向による強度差、サポート材の除去、表面粗さ、熱による変形などを考慮する必要があります。マルエージング鋼を使う場合も、造形方式の特徴を理解したうえで設計することが欠かせません。

③通常の樹脂3Dプリンターでは造形できない

マルエージング鋼は金属材料のため、FDM方式や光造形方式などの一般的な樹脂3Dプリンターでは造形できません。

家庭用や小型業務用の3Dプリンターで扱える材料は、PLA、ABS、PETG、ナイロン、レジンなどが中心です。これらは樹脂材料であり、金属であるマルエージング鋼とは造形方法も設備も大きく異なります。

そのため、マルエージング鋼で造形したい場合は、金属3Dプリンターを持つ専門業者や受託造形サービスに相談するのが一般的です。自社で金属3Dプリンターを導入するには、設備費、粉末管理、安全対策、後処理設備などが必要になるため、初めて検討する場合は外注から始める方が現実的です。

特に、金型や治具など実用部品として使う場合は、造形できるかどうかだけでなく、熱処理後の硬度、仕上げ加工後の寸法精度、使用環境に合うかどうかまで確認する必要があります。

【マルエージング鋼が金属3Dプリンターで使われる理由】

①高い強度が求められる部品に向いている

マルエージング鋼が金属3Dプリンターで使われる大きな理由は、高い強度が求められる部品に対応しやすい材料だからです。

マルエージング鋼は、時効処理と呼ばれる熱処理によって強度を高める金属材料です。炭素量が比較的少ない鋼でありながら、ニッケルやコバルト、モリブデンなどの元素を含むことで、高強度と粘り強さを両立しやすい特徴があります。

このため、単なる外観確認用の試作品ではなく、実際に力がかかる部品や、繰り返し使用する治具などでも検討されます。特に、樹脂材料では強度が足りない場合や、アルミでは耐久性に不安がある場合に、マルエージング鋼が候補になります。

ただし、強度が高い材料だからといって、すべての用途に最適とは限りません。耐食性、重量、価格、加工性など、用途によって重視するポイントは異なります。マルエージング鋼を選ぶ際は、必要な強度とコストのバランスを確認することが大切です。

②複雑形状を一体で造形しやすい

金属3Dプリンターの強みは、切削加工では作りにくい複雑形状を造形しやすい点にあります。マルエージング鋼のような高強度材料を使うことで、複雑な形状と高い機械的性能を両立しやすくなります。

たとえば、従来の加工では複数部品を組み合わせて作っていた形状を、一体構造として造形できる場合があります。部品点数を減らせると、組み立て工数の削減や、接合部のトラブル低減につながります。

また、金型では内部に冷却流路を設ける設計が検討されることがあります。切削や穴あけ加工では直線的な流路になりやすい一方、金属3Dプリンターでは形状に沿った流路を設計しやすくなります。これにより、冷却効率の向上や成形サイクルの短縮を狙える場合があります。

ただし、複雑に作れるからといって、むやみに複雑な形状にするのは避けるべきです。造形時のサポート、粉末除去、仕上げ加工、検査のしやすさも考慮する必要があります。実用部品では、造形できる形状ではなく、安定して使える形状を目指すことが重要です。

③金型や治具の開発期間を短縮しやすい

マルエージング鋼の3Dプリンター活用は、金型や治具の開発期間を短縮したい場面でも有効です。

従来の金属加工では、材料の手配、切削加工、放電加工、組み立て、仕上げなど、複数の工程が必要になることがあります。形状が複雑になるほど加工工程が増え、納期も長くなりやすくなります。

金属3Dプリンターを使うことで、複雑な形状を一体で造形できる場合があり、試作や設計検証のスピードを高めやすくなります。特に、金型の入れ子、特殊治具、小ロットの機械部品などでは、従来加工よりも早く形にできるケースがあります。

一方で、金属3Dプリンターでも造形後すぐに完成品として使えるとは限りません。熱処理、サポート除去、機械加工、研磨などが必要になる場合があります。そのため、納期を考える際は、造形時間だけでなく後工程まで含めて確認することが大切です。

【マルエージング鋼の3Dプリンター活用5選】

①射出成形金型への活用

マルエージング鋼の3Dプリンター活用として、まず挙げられるのが射出成形金型です。射出成形では、溶かした樹脂を金型に流し込み、冷却して製品を取り出します。そのため、金型には強度、耐久性、寸法精度、熱への対応力が求められます。

マルエージング鋼は高い強度を持つ材料のため、金型部品の候補になります。特に、複雑な形状を持つ金型や、従来加工では冷却設計が難しい金型では、金属3Dプリンターのメリットを活かしやすくなります。

冷却流路を組み込んだ金型に向いている

射出成形金型で金属3Dプリンターが注目される理由のひとつに、冷却流路を形状に合わせて設計しやすいことがあります。

従来の穴あけ加工では、冷却水を通す流路は直線的になりやすく、製品形状に沿わせることが難しい場合があります。一方、金属3Dプリンターでは、金型内部に曲線的な冷却流路を配置できる可能性があります。

このような冷却流路は、成形品の温度ムラを抑えたり、冷却時間の短縮につながったりすることがあります。結果として、成形サイクルの改善や品質の安定化を狙いやすくなります。

ただし、冷却流路を設ける場合は、流路の太さ、粉末の抜けやすさ、造形後の洗浄性、強度への影響を考慮する必要があります。設計段階から造形業者と相談し、実際に造形可能な形状に落とし込むことが重要です。

②ダイカスト金型への活用

マルエージング鋼は、ダイカスト金型やその周辺部品でも検討されることがあります。ダイカストは、溶かした金属を金型に高圧で流し込む加工方法です。そのため、金型には高温環境への対応、強度、耐摩耗性、繰り返し使用への耐久性が求められます。

金属3Dプリンターでマルエージング鋼を使うことで、複雑な冷却構造や部分的な形状最適化を検討しやすくなります。特に、冷却が難しい箇所や、従来加工では対応しにくい形状の入れ子部品では、3Dプリントの活用余地があります。

高温環境で使う金型部品の候補になる

ダイカスト金型では、高温や温度変化による負荷が繰り返しかかります。そのため、マルエージング鋼を使う場合も、強度だけでなく、使用温度、摩耗、表面処理、仕上げ加工、寿命目標を確認する必要があります。

マルエージング鋼は高強度材料として扱われますが、実際にダイカスト用途で使う場合は、使用温度、成形する金属の種類、表面処理の有無、寿命の目標などを確認する必要があります。

また、金属3Dプリント品は、造形後の状態そのままでは表面粗さが残ることがあります。金型部品として使用する場合は、必要に応じて研磨や切削、コーティングなどの後加工を行います。

ダイカスト金型でマルエージング鋼3Dプリントを検討する際は、造形だけで完成と考えず、熱処理と後加工を含めた工程設計が必要です。

③高強度治具への活用

マルエージング鋼は、高強度治具の製作にも活用しやすい材料です。治具は、加工、検査、組み立て、固定などの工程で使われる補助具です。製造現場では繰り返し使われるため、強度や耐久性が求められることがあります。

樹脂製の治具では強度が足りない場合や、アルミ製では摩耗や変形が気になる場合、マルエージング鋼のような高強度金属が候補になります。特に、荷重がかかる固定治具、位置決め治具、繰り返し締め付けを行う部品では、材料の強さが重要になります。

繰り返し荷重がかかる治具に使いやすい

高強度治具では、一度だけ力に耐えればよいのではなく、何度も同じ作業に使えることが重要です。繰り返し荷重や摩擦がかかる場所では、材料の強度だけでなく、形状の安定性や仕上げ精度も求められます。

金属3Dプリンターを使えば、作業対象に合わせた専用形状の治具を作りやすくなります。たとえば、ワークの形状に合わせた受け部、軽量化を意識した内部構造、作業者が扱いやすい持ち手などを一体で設計できます。

ただし、治具は現場で使いやすいことが重要です。必要以上に複雑な形状にすると、清掃しにくい、粉末が残りやすい、破損箇所が分かりにくいといった問題が出る場合があります。治具に使う場合は、強度、扱いやすさ、メンテナンス性のバランスを考えて設計することが大切です。

④試作部品への活用

マルエージング鋼の3Dプリンター活用は、試作部品にも向いています。特に、最終製品に近い強度で形状や機能を確認したい場合、金属3Dプリントは有効な選択肢になります。

樹脂3Dプリンターで形状確認を行った後、より実用環境に近い条件で検証したい場合があります。そのようなとき、マルエージング鋼を使えば、高い強度を必要とする試作部品の検証がしやすくなります。

切削では難しい形状の検証に役立つ

試作段階では、設計の自由度が重要になります。切削加工では工具が届かない形状や、複数部品を組み合わせなければ作れない形状でも、金属3Dプリンターなら一体で造形できる場合があります。

これにより、内部構造、肉抜き形状、軽量化形状、複雑な流路などを実物で確認しやすくなります。設計段階でシミュレーションを行っていても、実際に部品として造形し、組み付けや負荷のかかり方を確認することには大きな意味があります。

ただし、試作だからといって、すぐに量産と同じ品質を期待するのは避ける必要があります。金属3Dプリントでは、造形方向、積層条件、熱処理、後加工によって性能が変わることがあります。試作部品として使う場合も、何を検証したいのかを明確にしてから依頼することが重要です。

⑤工具・機械部品への活用

マルエージング鋼は、専用工具、金型部品、機械部品の製作にも活用されることがあります。工具という言葉は幅広いため、切削工具全般に向くというより、高い強度や寸法安定性が求められる専用部品として検討されるケースがあります。

金属3Dプリンターを使うことで、専用工具や特殊形状の部品を小ロットで製作しやすくなります。従来加工では費用や納期が合わない特殊部品でも、3Dプリントであれば検討できる場合があります。

強度と寸法精度が求められる部品に適している

工具や機械部品では、力がかかる部分や他部品と接触する部分に精度が必要です。マルエージング鋼は高強度材料として使いやすい一方で、造形後の寸法精度や表面状態には注意が必要です。

金属3Dプリンターで造形した部品は、必要に応じて切削加工や研磨を行い、目的の寸法や表面状態に仕上げます。特に、はめ合い部、摺動部、ねじ部、接触面などは、後加工を前提に設計することが多くなります。

工具・機械部品として活用する場合は、3Dプリントだけで完成させるのではなく、造形と機械加工を組み合わせて最終品質を整えるという考え方が大切です。

【マルエージング鋼3Dプリントの硬度・熱処理・成分の基本】

①マルエージング鋼の硬度は熱処理で変わる

マルエージング鋼を3Dプリンターで活用する際は、造形後の硬度が熱処理によって変わることを理解しておく必要があります。

マルエージング鋼は、造形しただけで最終的な性能が決まる材料ではありません。時効処理と呼ばれる熱処理を行うことで、強度や硬度を高める材料です。そのため、同じマルエージング鋼でも、熱処理前と熱処理後では性能が変わります。

金型や治具、工具のように強度が必要な用途では、造形後にどのような熱処理を行うかが重要です。硬度だけを見て判断するのではなく、靭性、寸法変化、後加工のしやすさも含めて確認する必要があります。

特に、外注でマルエージング鋼3Dプリントを依頼する場合は、見積時に熱処理を含めるのか、造形のみなのかを確認することが大切です。熱処理の有無によって、価格、納期、性能が変わるためです。

②時効処理によって強度を高める

マルエージング鋼の大きな特徴は、時効処理によって強度を高める点です。時効処理とは、一定の温度で加熱し、材料内部の組織を変化させることで強度や硬度を引き出す熱処理です。

一般的な鋼では、炭素量や焼入れによって硬さを調整することがあります。一方、マルエージング鋼は炭素量が比較的少なく、ニッケル、コバルト、モリブデン、チタンなどの元素によって強度を高める特徴があります。

この性質により、マルエージング鋼は高い強度を必要とする用途で検討されます。金属3Dプリンターで造形した場合も、用途に応じて時効処理を行うことで、金型や治具、工具に必要な性能を目指します。

ただし、時効処理を行えば必ずすべての用途に適するわけではありません。部品の形状、使用温度、繰り返し荷重、求める寸法精度によって、適切な条件は変わります。そのため、実用部品として使う場合は、造形業者や材料に詳しい専門家と相談しながら条件を決めることが重要です。

③ニッケルやコバルトなどを含む高強度材料

マルエージング鋼は、ニッケルを多く含む鋼をベースに、コバルト、モリブデン、チタン、アルミニウムなどを加えた高強度材料です。一般的な炭素鋼とは強化の仕組みが異なり、時効処理によって強度を発揮します。

このような成分構成により、マルエージング鋼は高強度でありながら、靭性も確保しやすい材料として扱われます。靭性とは、力が加わったときに割れにくく、粘り強く耐える性質のことです。

金属3Dプリンターで使われるマルエージング鋼粉末にも、材料ごとに成分範囲があります。依頼先や装置メーカーによって取り扱う材料名やグレードが異なる場合があるため、用途に応じて確認が必要です。

特に、金型や治具などで性能を重視する場合は、単に「マルエージング鋼」と指定するだけでは不十分です。使用する材料グレード、熱処理条件、仕上げ方法まで含めて確認することが、失敗を避けるためのポイントです。

④グレードや規格は依頼先に確認する

マルエージング鋼には、用途や規格に応じて複数のグレードがあります。金属3Dプリンターで扱われる材料も、サービスや装置によって名称が異なることがあります。

たとえば、同じマルエージング鋼系の材料でも、メーカーごとに粉末の成分範囲、推奨熱処理条件、想定用途が異なる場合があります。そのため、図面や仕様書で厳密な材料指定がある場合は、依頼先がその規格に対応できるかを確認する必要があります。

また、最終用途によっては、材料証明書、熱処理証明、検査成績書などが必要になることもあります。研究開発や社内試作であれば簡易的な確認で足りる場合もありますが、実用部品や顧客提出品では、必要書類の有無が重要になります。

マルエージング鋼3Dプリントを依頼する際は、材料名だけでなく、グレード、規格、証明書、熱処理、後加工の範囲まで確認することが大切です。

【マルエージング鋼3Dプリントの価格と依頼前の注意点】

①価格は材料費・造形時間・後加工で変わる

マルエージング鋼3Dプリントの価格は、材料費だけで決まるわけではありません。金属粉末の価格、造形時間、サポート量、熱処理、仕上げ加工、検査内容などによって変わります。

金属3Dプリンターは、樹脂3Dプリンターと比べて設備や運用コストが高くなりやすい造形方法です。さらに、マルエージング鋼は高強度材料として扱われるため、用途によっては後加工や検査にも費用がかかります。

たとえば、単純な形状の部品であれば切削加工の方が安くなる場合があります。一方で、複雑な内部構造や一体化設計が必要な部品では、金属3Dプリントの方が全体コストを抑えられる可能性があります。

価格を判断するときは、造形費だけを見るのではなく、設計変更、組み立て工数、納期短縮、部品点数削減まで含めた総合的なコストで考えることが重要です。

②熱処理や仕上げ加工が必要になる場合がある

マルエージング鋼3Dプリントでは、造形後に熱処理や仕上げ加工が必要になる場合があります。特に、金型、治具、工具、機械部品として使う場合は、造形したままの状態では十分でないことがあります。

熱処理は、マルエージング鋼の強度や硬度を引き出すために重要です。また、寸法精度が求められる部分には切削加工を行い、表面状態が重要な部分には研磨やコーティングを行うことがあります。

金属3Dプリント品は、造形方式の特性上、表面に積層由来の粗さが残ることがあります。そのため、摺動部、合わせ面、シール面、ねじ部などは、後加工を前提に設計することが多くなります。

依頼前には、どこまでを3Dプリントで作り、どこを後加工で仕上げるのかを整理しておくことが大切です。造形、熱処理、機械加工を一連の工程として考えることが、実用部品で失敗しにくい進め方です。

③輸出規制や用途制限に注意する

マルエージング鋼は、仕様や用途、輸出先によっては輸出管理上の確認が必要になる材料です。特に、海外向けの部品、航空宇宙関連、ロケットや無人航空機に関わる用途では、事前に社内の輸出管理部門や専門部署へ確認することが重要です。

一般的な国内試作や社内検討であっても、最終用途や納品先によって確認事項が変わることがあります。依頼先によっては、用途確認や取引条件の確認を求められる場合があります。

この点は、マルエージング鋼そのものが危険という意味ではありません。高強度材料であるため、使われる用途によっては法令や取引ルールの確認が必要になるということです。

特に、輸出や海外拠点への持ち出しを予定している場合は、早い段階で社内の輸出管理部門や専門部署に確認することが重要です。技術的に造形できることと、取引・輸出できることは別の判断になります。

④見積依頼前に用途と必要条件を整理する

マルエージング鋼3Dプリントを外注する場合は、見積依頼前に用途と必要条件を整理しておくと、相談がスムーズになります。

材料名だけを伝えても、依頼先は適切な造形条件や後加工範囲を判断しにくい場合があります。たとえば、金型に使うのか、治具に使うのか、試作品なのか、最終部品なのかによって、必要な処理や確認事項が変わります。

また、寸法精度、表面粗さ、熱処理の有無、数量、納期、使用環境、必要な書類なども重要です。図面や3Dデータがある場合は、重要寸法や仕上げが必要な箇所を明確にしておくと、見積の精度が上がります。

マルエージング鋼は高性能な材料ですが、コストもかかりやすい材料です。だからこそ、何のために使うのか、どの性能が必要なのかを明確にしてから依頼することが大切です。