製造技術の進化により、アディティブ・マニュファクチャリング(AM)とサブトラクティブ・マニュファクチャリングという2つの主要なアプローチが登場しました。両者は機能性部品の製造を目的としていますが、その手法、能力、および制約は著しく異なります。
除去加工は、材料を削り取ることで精度を実現します。このプロセスでは、金属のインゴットやプラスチックの板材などの固体材料(ビレット)から出発し、コンピュータ数値制御(CNC)工作機械による切削、フライス加工、旋盤加工などの手法を用いて、体系的に材料を除去し、所望の形状を得ます。この加工法には明確な利点があります:優れた表面仕上げ性と高い寸法精度(公差±0.025 mm)を実現でき、等方性の結晶組織により荷重を受ける面の機械的特性が優れ、また成熟した技術であるため、産業界全体で広く採用されています。一方で、明らかな制約もあります:材料のロスが大きく(複雑なチタン合金部品ではスクラップ率が最大90%に達することもある)、幾何学的形状に制約があり(例:内部流路や格子構造などは通常実現できません)、またチタンなどの硬質材料を加工する際には工具摩耗が加速し、生産コストが増加します。

積層造形(アディティブ・マニュファクチャリング)は、層ごとの材料堆積によって部品を製造する技術です。デジタルモデルに基づき、金属粉末またはポリマーなどの材料を層ごとに堆積させることで部品を形成します。代表的な技術には、選択的レーザー溶融(SLM)、熱溶解積層法(FDM)、バインダー・ジェッティング(BJ)などがあります。その主な強みは以下の通りです:近似最終形状(ニアネットシェイプ)での製造により材料ロスを最小限に抑え(歩留まり率が95%以上、すなわち廃棄率が5%未満)、設計自由度が極めて高く、有機的形状、内部空洞、軽量ラティス構造などの複雑な幾何形状の実現が可能であり、また迅速な試作およびカスタマイズ生産(例:患者個別対応型医療インプラント)を実現できます。一方で、課題も存在します:表面粗さが比較的大きく、しばしば後工程処理を要すること、材料特性が方向依存性(異方性)を示し、構造的信頼性に影響を及ぼす可能性があること、造形可能なサイズ(ビルドボリューム)に制限があり、大量生産には向かず生産速度が遅いことです。

材料効率は、特に高付加価値金属の加工において、両者を分ける重要な分水嶺である。従来のチタン合金切削加工では大量の原材料が廃棄されるのに対し、積層造形(アディティブ・マニュファクチャリング)では投入された粉末の95%以上が有効利用される。この効率性は持続可能性の目標と整合し、長期的には原材料コストの削減にも寄与する。
設計の自由度と精度とのトレードオフという観点では、積層造形は複雑な構造を要する用途において優れた性能を発揮する:航空宇宙分野では、強度を損なわず軽量化を実現するトポロジー最適化ブラケットの製造が可能であり、医療分野では組織の統合を促進する多孔質骨インプラントの製造を実現する。一方、除去加工(サブトラクティブ・マニュファクチャリング)は、厳密な精度が求められる用途で主流である:例えば、マイクロメートルレベルの公差を要するエンジン部品や、鏡面仕上げが求められる光学部品・シール面などである。

ハイブリッド製造ソリューションは、両者の長所を統合する新たなトレンドとして登場しています。先進的な製造企業では、この2つのプロセスを組み合わせる取り組みがますます盛んになっています。具体的には、積層造形(AM)を用いて複雑な形状を有するニアネットシェイプ部品を製造し、その後、切削加工を用いて重要な表面およびインターフェースを高精度に仕上げるという方法です。このような相乗的モデルは、革新性と信頼性のバランスを実現します。例えば、冷却チャネルを3Dプリントで成形し、翼型部分をCNC加工で仕上げたタービンブレードなどがその例です。
持続可能性の観点からは、積層造形(AM)は循環型経済を支援します。たとえば、チタン合金の廃材などから回収された再利用可能な粉末を閉ループシステム内で再使用することが可能です。一方、切削加工におけるリサイクル率も向上していますが、金属チップの分別や材料特性の復元といった課題に依然として直面しています。
今後の発展軌道に関しては、デジタル製造技術の進展に伴い、加算製造(アディティブ)プロセスと減算製造(サブトラクティブ)プロセスの選択は、以下の3つの核心的要因に依存するようになります:部品の複雑さ(幾何学的自由度と構造的単純さとのトレードオフ)、生産数量要件(大量生産とカスタマイズされたロット生産との違い)、および持続可能性に関する要請(材料効率およびカーボンフットプリント指標)。ハイブリッド型ソリューションは、高付加価値分野で主流となる可能性が高く、一方で特定の応用シナリオでは単一プロセスへの傾斜が見られるでしょう。「どちらか一方」という時代は終わりを迎えつつあり、現在の産業的成功は、この2つのプロセスを戦略的に統合することにこそあります。