炭素鋼および構造用鋼材は、ワイヤアーク積層造形（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）を用いることで、大規模に3Dプリントすることができる。ロボットによる多軸積層技術と標準的な産業用溶接ワイヤを活用することで、従来の3Dプリンターの造形チャンバーによる空間的制約を完全に回避し、高荷重を支える構造用鋼部品を必要に応じてオンデマンドで製造できる。

高腐食性の海洋環境や特殊な高耐久工具用途に対応するため、MX3Dはステンレス鋼3Dプリンティングおよびスーパーデュプレックスステンレス鋼に関する大規模な認定・評価プログラムも実施している。 さらに、カスタム工具鋼（custom tool steels）にも対応した評価・認定プログラムを実施している。オフショア構造ノード、造船用構造セグメント、または大型機械用ブラケットを製造する際、構造用鋼材にWAAMを活用することで、形状設計の柔軟性を高めるとともに、大規模サプライチェーンにおける長期的な製造リードタイムを大幅に削減できる。

なぜWAAMは低炭素鋼および構造用鋼に最適なのか。

積層造形（Additive Manufacturing：AM）の経済性と物理的な制約は、採用する造形プロセスによって異なる。粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion：PBF）は、小型で高精度な部品の製造には優れているが、大型の構造部材では、高価なガスアトマイズ金属粉末のコストと造形チャンバーのサイズ制限により、経済的な実用性が低くなる。

低炭素鋼は、ワイヤ・アーク積層造形（WAAM：Wire Arc Additive Manufacturing）に非常に適した材料である。比較的安価であり、標準的なガスメタルアーク溶接（GMAW）装置との適合性が高いため、広く利用されている。一方、高炭素鋼はWAAM用途には適していない。

WAAMは、大規模な産業生産を目的として設計された積層造形技術である。安価で世界中で入手しやすい溶接用ワイヤを材料として使用するため、材料調達コストを大幅に削減できる。さらに、この優れたコスト効率に加え、産業用ロボットアームは1時間当たり2～8kgの鋼材を連続的に積層できる高い造形速度を実現している。

この能力は、大型のニアネットシェイプ（near-net-shape）部品の製造に非常に適している。大型構造ノード、複雑なブラケット、重機のベース、さらにはオフショア構造物や造船用の特注部材まで、デジタルCADデータから数日から数週間で高密度な実部品として製造することができる。また、全長6m以上、重量20トン以上の大型部品を材料の無駄を最小限に抑えて製造できるため、CNC加工で発生する切削廃材を大幅に削減するとともに、従来の大型鋳造で必要とされる数か月に及ぶ金型製作期間も短縮できる。

MX3DのWAAM適用鋼材グレード

以下の認証済み炭素鋼および構造用鋼材グレードは、大型ロボット積層造形で使用される中核的な材料群である。

炭素鋼 / 低合金鋼

ER70S-6（軟鋼） AWS A5.18およびEN ISO 14341規格に準拠したER70S-6は、産業界で最も広く使用されている汎用構造用鋼材である。シリコン含有量が高いため、ロボット積層造形時の溶融池の流動性に優れ、大型建築構造物、一般産業機械のベース、構造ノードの製造に広く利用されている。

ER80Sシリーズ（ER80S-D2、ER80S-Ni1、ER80S-Ni2） AWS A5.28規格に準拠したこれらの低合金溶接ワイヤ（モリブデンを添加したER80S-D2など）は、高強度構造用鋼板や優れた低温衝撃靭性が求められる用途の積層造形に使用される。特に、寒冷地での造船や大型機械部品の製造に広く利用されている。

高強度低合金鋼（HSLA）

ER100S-G、ER110S-G、およびER120S-G これらの高強度鋼材グレードは、優れた降伏強度と高い衝撃靭性が要求される環境向けに設計されている。重要な鋼構造物、重荷重パイプライン、そして特殊防衛機械の製造に幅広く採用されている。

NiMoおよびNiCrMo：これらの高強度合金ワイヤは、極めて大きな動的荷重に対応するために使用され、高い降伏強度が求められる構造物、オフショア構造物のノード、そして先進的な重機の製造に最適な材料である。

WAAM構造用鋼材ポートフォリオ概要

WAAM鋼材の機械的特性

WAAM部品を荷重支持構造に安全に適用するためには、信頼性の高い冶金学的性能の実証が必要である。WAAMで積層造形された構造用鋼材は、鍛造鋼と同等、あるいはそれを上回る機械的特性を安定して実現できる。

厳格な社内試験および第三者認証の結果、標準的なER70S-6（炭素鋼）は非常に安定した一貫性のある機械的特性を示している。

引張強さ（UTS）：490 MPa
伸び（A%）：正確な値

降伏強度（YS）：375 MPa

伸び率：25～30%

高強度低合金鋼では、降伏強度が大幅に向上しながらも、十分な延性と優れたシャルピー（Charpy）衝撃靭性を維持している。WAAMは材料を層ごとに積層するため、微細組織の異方性が生じる場合がある。しかし、MX3Dは高度なロボットツールパス制御と対称的な熱管理技術を採用することで、この異方性を効果的に抑制している。

最大限の等方的な機械特性が求められる場合には、溶接後熱処理（PWHT）および応力除去処理が施される。このような処理を行ったWAAM部品は、圧延鋼や鍛造鋼と同等の機械的安全性を確保するとともに、優れた形状自由度と大幅に短縮された製造リードタイムという大きな利点を備えている。

後処理および認証

WAAMはニアネットシェイプ（near-net-shape）工法であるため、造形された部品の表面には特徴的なリブ状の積層痕が残る。そのため、実際の製造工程では高精度な後加工が組み込まれている。 ニアネットシェイプ（near-net-shape）で造形された金属部品には、あらかじめ加工代（machining allowance）が設けられている。これにより、重要な機能面はCNC加工によって最終寸法公差まで高精度に仕上げられ、一方で機能に直接影響しない大部分の領域は、造形後の状態（as-printed）のまま使用することができる。

土木および海洋分野の安全基準で求められる構造健全性を保証するため、MX3Dは包括的な品質保証（QA）プロトコルに従って製造を行っている。重要な各積層層は、厳格な検査基準に基づいて評価される。 ロボットWAAM部品は、超音波探傷試験（UT）や浸透探傷試験（PT）を含む非破壊検査（NDT）によって品質と健全性が確認される。

MX3Dの製造環境は、重工業向けに最適化された包括的な認証体制によって支えられている。

DNV認証：大型オフショア構造部品の製造要件に適合した認証。

ASME Section IX：圧力機器の構造健全性が検証されていることを証明する認証。

ISO 9001：国際品質マネジメントシステム（QMS）を厳格に遵守していることを示す認証。

適用分野

大型構造用鋼材の積層造形は、独自の形状設計や迅速なサプライチェーンが重要となる資本集約型産業において、大きな戦略的優位性をもたらす。

海洋・エネルギー構造物：カスタム構造ノード、特殊配管継手、大型バルブボディなどの高強度低合金鋼（HSLA）部品をWAAMで製造することで、石油・ガス産業において鍛造品の長い製造リードタイムを短縮しながら、APIおよびDNVの厳しい構造基準を満たすことができる。

造船：船舶向けのカスタムブラケットや低温用構造部材を必要なときに現地で製造することで、ドライドック工事の遅延を大幅に削減できる。

建築・建設：デジタル設計データから、トポロジー最適化された大型構造用鋼材ノードや複雑な建築接合部材を直接製造できる。

重機・防衛産業：カスタム治具、輸送用ブラケット、旧型構造部品の代替品を迅速に製造することで、サプライチェーンの強靭性と安定性を向上させることができる。

WAAM構造用鋼材の最も重要な実証は、実際の産業現場での適用実績である。MX3Dは、インペリアル・カレッジ（Imperial College）のPioneerハイブリッド構造用鋼プロジェクトや、オーダーメイド構造物の製造など、主要な構造プロジェクトを先導することで、その技術力を実証してきた。 Takenaka鋼製コネクター（Steel Connector）：多軸パスプランニング（Multi-axis Path Planning）により、厳しい土木構造物の安全基準にも十分対応できることを実証した事例である。

当社への鋼材部品の注文方法

構造用WAAM鋼材部品の調達は、迅速な産業導入を支援するために最適化された効率的なプロセスで行われる。すぐに部品製造を必要とする企業向けには、当社のサービス施設がオンデマンド製造（print-on-demand）契約に対応する。一方、大量生産を行うエンタープライズ向けには、MX3Dが自社工場への導入を可能にする完全なターンキー型ロボットM1 WAAMシステムを提供する。

オンデマンド製造（print-on-demand）の生産依頼を開始するには、当社のエンジニアリングアプリケーションチームへ以下の情報を提供する必要がある：

1. デジタル形状（Digital Geometry）：部品の外形および境界を定義するCADモデル。
2. 材料グレード仕様（Grade Specification）：必要な降伏強度クラスの選定（例：一般構造フレームにはER70S-6、高降伏強度が求められる用途にはER100S-G以上のグレード）。
3. 認証要件（Certification Requirements）：必要な試験、応力除去処理手順、または第三者海事認証機関（例：Lloyd’s Register、DNVなど）の要求事項の特定。

よくある質問

炭素鋼は3Dプリントできますか？

はい、炭素鋼はワイヤアーク積層造形（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）を用いることで、大規模かつ高い信頼性で3Dプリントすることができる。部品サイズに制約があるパウダーベッドフュージョン（Powder-Bed Fusion）方式とは異なり、WAAMは標準的な産業用溶接ワイヤ（例：ER70S-6）と多軸ロボットシステムを活用し、数メートル規模の大型構造用鋼部品を連続的に積層造形できる。

3Dプリントできる鋼材グレードは何ですか？

MX3Dは、炭素鋼および構造用鋼材の幅広い材料グレードに対応している。これには、ER70S-6などの標準軟鋼、低温用途向けのER80S-D2などの低合金ワイヤ、さらに高荷重構造用途向けのER100S-GやNiMoなどの高強度低合金鋼（HSLA）グレードが含まれる。

3Dプリントされた鋼材の強度はどの程度ですか？

制御されたWAAMプロセスによって積層された3Dプリント鋼材は、優れた機械的健全性を実現する。例えば、標準的なWAAM ER70S-6炭素鋼は、500～550 MPaの引張強度（UTS）および400～450 MPaの降伏強度を達成し、土木建設や重工業分野における構造用途に十分な性能を発揮する。

3Dプリント鋼材は鍛造鋼材と同じ強度を持っていますか？

はい、厳格な品質管理のもとで製造され、適切な溶接後熱処理（PWHT）を施したWAAM積層構造用鋼材は、従来の鍛造鋼材と同等またはそれに近い機械的特性を安定して達成する。

構造用鋼材部品を3Dプリントできますか？

はい。WAAMは、海洋パイプラインノード、大型船舶用ブラケット、トポロジー最適化された建築接合部など、大型かつ認証取得済みの構造用鋼材部品の製造に実際に活用されている。MX3Dの構造用鋼材製造は、Lloyd’s RegisterおよびDNVの認証プロセスに基づく厳格な品質保証体制によって支えられている。

技術を理解する

当社の幅広い材料技術についてさらに詳しく理解するには、WAAM材料および認証に関する総合ガイドをご覧いただくか、WAAMと鋳造・鍛造を比較した包括的な分析を通じて、ロボット積層造形が従来の鋳造プロセスとどのように比較されるのかをご確認ください。