超音波積層造形（UAM）

しくみ

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   箔を 1 枚敷く。 金属箔の帯（通常、厚さ約 0.15 mm、幅 25 mm）が、部品の上に繰り出されます。

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   押し付けて振動させる。 ソノトロード（超音波振動で駆動される車輪状のホーン）が箔の上を転がります。強く押し付けながら、1 秒間に約 20,000 回（20 kHz）、左右にこすります。

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   溶かさずに接合する。 こすることで、両方の表面の薄い酸化皮膜（変色の膜）が壊れます。きれいな金属どうしが触れて原子が結合し、部品は温かいだけで、溶けません。

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   繰り返す。 箔を横にも上にも並べ、中身の詰まったブロックを 1 層ずつ積み上げます。

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   機械加工して埋め込む。 数層ごとに、内蔵の CNC ミル（コンピューター制御の切削機）が輪郭を整え、流路やポケットを削ります。センサーやファイバーをポケットに入れ、新しい箔でその上を封じます。

主なポイント

材料

アルミニウム合金（最も一般的）、銅、チタン、ニッケル、鋼の箔。アルミニウムと銅、アルミニウムとチタンなど、異種金属の組み合わせも可能

代表的な部品

内部流路をもつ熱交換器、センサーやファイバーを埋め込んだ部品、多種金属のプレートや遷移継手

部品サイズ

数センチから、最大の機械では約 1.8 m まで

精度

内蔵の CNC ミルで決まり、加工面で約 ±0.05 mm

表面仕上げ

機械加工されるので、フライス加工した部品と同じくなめらか

向いているロット数

プロトタイプ、1 点もの、高付加価値部品の少量生産

金型・設備コスト

金型は不要。機械は通常、数十万ドルから数百万ドル

速度

1 個あたり数時間から数日：接合は速いが、機械加工の工程が時間を足す

強みと限界

使われる場所

• 航空宇宙・宇宙人工衛星や航空機の熱交換器と熱制御部品
• エレクトロニクス冷却流路を内蔵したコールドプレートとハウジング
• エネルギーと研究光ファイバーや温度センサーを埋め込んだ構造
• 重工業アルミニウムを鋼や銅に接合した、多種金属の遷移継手

見分け方

• 中身の詰まった材料から削り出したように見えるブロック状の部品で、外側に積層の跡はありません。
• 切断してエッチングした断面には、約 0.15 mm 間隔の細い縞、つまり箔の層が見えます。
• アルミニウムと銅のように、2 つの異なる金属が 1 つのブロックの中で、シャープな直線の境界で接しています。
• 外側からは、どんな刃物でも届かなかったはずの、隠れた内部流路や配線。

比較

動画を見る

UAM Explained

Fabrisonic3D · メーカーが、超音波溶接が箔を溶かさずに接合する仕組みを解説

Ultrasonic Additive Manufacturing

Fabrisonic3D · 機械が箔を敷き、接合し、整える実際の映像

What UAM Can Do

Fabrisonic3D · サンプル部品：埋め込みセンサー、内部流路、異種金属

Metal 3D Printing with SonicLayer 7200

Fabrisonic3D · 大型の生産機が動く様子

実写真を見る

• Wikipedia：Ultrasonic consolidation — プロセスとその歴史。テキストのみで写真なし
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