あまりに不評：中国における固相摩擦金属3Dプリント技術の発展はどうなっているのか？

はじめに: 製造業の発展の歴史において、技術革新は常に生産性の飛躍的向上をもたらしてきました。固相摩擦添加剤技術は、攪拌摩擦堆積 3D 印刷技術とも呼ばれ、新興の金属 3D 印刷技術として、その独自の利点により、航空宇宙、自動車製造、医療機器などの分野で製造革命を生み出しています。

固相摩擦添加剤技術は、材料を固体状態で処理できるため、溶融プロセス中に発生する可能性のある欠陥を効果的に回避し、材料の機械的特性が優れていることを保証できます。さらに、固相摩擦添加剤技術はエネルギー消費量と材料廃棄量も少なく、環境保護と持続可能な開発に対する現在の社会的ニーズを満たしています。この技術は、材料の効率的な使用を実現し、固体処理を通じて部品の性能を大幅に向上させ、複雑な構造の製造の可能性を広げます。
第 4 回航空宇宙会議で、Antarctic Bear は、Aerospace Engineering Equipment (Suzhou) Co., Ltd. (AEE) が展示した固相摩擦添加剤技術を使用して印刷されたいくつかの部品を視察しました。調査の結果、この技術は数年前まで中国ではまだ空白だったが、現在では天津大学固相摩擦押出添加剤製造技術チーム、陝西智托社など、多くの国内組織が関連研究を実施し、関連技術設備も開発していることが判明しました。

固相摩擦添加剤技術の概要<br /> 固相摩擦添加剤技術は、材料の融点以下の温度で層状スライスと拡散溶接により金属材料を層ごとに積み重ね、複雑な三次元構造を形成する革新的な製造プロセスです。この技術は、従来の溶融積層造形法とは異なり、溶融と再凝固のプロセスを回避するため、材料の機械的特性と密度が向上します。この技術の核心は、固体のフィードロッド（印刷材料）を加熱して回転させ、下方に押し下げることです。フィードロッドが下の基板に接触すると、摩擦によって基板にくっつき、摩擦熱を利用して材料を加熱して塑性変形させますが、決して溶けることはありません。加熱された材料は攪拌ツールによって均一に混合され、最終的に目標の形状に堆積されます。
△特許取得済みのMELDソリッドステートプロセス。写真提供：MELD Manufacturing。
以前、Antarctic Bearは海外のMELD製造会社が発表した摩擦攪拌積層法3Dプリント技術を体系的に導入しました。摩擦攪拌積層法3Dプリント技術はSLMより10倍高速です。MELD製造会社は大学と協力して新技術研究を推進しています-Antarctic Bear 3D Printing Network - Platform。主流のレーザー、電子ビーム、アーク積層造形技術と比較して、固相摩擦押し出し積層造形プロセスには以下の利点があります。熱影響部が少ない：材料を固体状態で処理するため、熱影響部が小さく、材料の変形や組織変化を効果的に低減でき、凝固欠陥がなく、密度が完全、残留応力が低く、機械的特性に優れた金属部品を得ることができます。1）優れた機械的特性：形成された材料の強度と靭性は、通常、従来の溶融積層造形材料よりも優れています。2）材料の適用範囲が広い：アルミニウム、マグネシウム、銅などのさまざまな金属材料に適用できるため、応用分野が広がります。3）効率的で持続可能な製造：添加剤の堆積速度が数倍速く、堆積プロセスがグリーンで環境に優しく、生産効率が高くなります。4）オープンな作業環境：保護ガスや高価な真空システムは必要なく、超大型の金属部品を印刷できます。
固相摩擦添加剤技術の応用分野は広く、航空宇宙、自動車製造、金型製造などの産業をカバーしています。航空宇宙分野では、この技術を利用して、極限環境での使用要件を満たす高強度、高信頼性の構造部品を製造することができます。自動車業界では、この技術により構造強度を維持しながら重量を効果的に軽減し、燃費を向上させることができます。
国内の固相摩擦添加剤技術の進歩<br /> 数年前、中国では固相摩擦添加剤技術はまだ空白であり、米国のMELD製造会社のみが関連研究を行っていました。しかし、現在では多くの国内企業がこの技術を開発しています。
AEEとマカオ発展品質研究院が共同開発した摩擦撹拌固相添加装置は、中国初の科学研究装置であり、この分野における中国にとって大きな進歩となる。この設備はブリッジ構造設計を採用しており、従来の機械式ツールホルダーと、データ収集とインテリジェント閉ループ制御機能を備えた「スマートツールホルダー」を搭載できます。 10 mmの合金棒を原料とし、軽量合金固相積層造形の表面改質、コーティング準備、新素材研究開発を行うことができます。非鉄金属、鉄金属、異種合金、高温合金などの材料の固相製造を実現できます。関連設備は北京科技大学に納入され、関連研究室での基礎科学研究や最先端技術の探究に使用される予定。

AEE は国家レベルの「専門性、洗練性、革新性」を備えた小規模巨大企業として、摩擦攪拌固相付加製造の分野で顕著な技術およびサービス上の優位性を持っています。同社はIDQチームと協力して顧客のニーズに基づいたカスタマイズ設計を実施し、摩擦撹拌固相積層造形に関する知的財産特許を30件以上申請し、10件以上のSCI論文を発表しました。これらの成果は、国内のインテリジェント製造プロセス機器の発展を促進しただけでなく、固体積層造形技術の分野でわが国に世界的な地位をもたらしました。

航空宇宙工程設備（蘇州）有限公司のほかにも、国内には固体添加剤技術の徹底的な研究開発を行っている部門が数多くあります。その中で、天津大学の固相摩擦押出し積層造形技術チームは、国内の固相摩擦金属積層造形技術の先駆者であり、天津大学は固相摩擦押出し積層造形技術と設備 - 南極熊3Dプリントネットワーク - プラットフォームの開発に成功しました。当チームは教授、博士課程学生、修士課程学生で構成されたハイレベルの研究開発チームを擁しており、固相摩擦押し出し積層造形プロセスおよび関連技術に関する高品質の技術サービスを提供することに尽力しています。研究チームは、材料の性能と印刷効率を向上させるために、プロセスパラメータの最適化を続けています。同社は国内初となる連続棒材供給固相摩擦押し出し積層造形設備を自主開発し、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの各種大型構造部品の積層造形コア工程を完全掌握しており、現在は産業化段階にある。この製品の核心価値は、現在主流の金属積層造形技術では大型（メートルレベル）で高性能、高荷重の積層構造部品の製造が難しいという限界を解決し、特にアルミニウムやマグネシウム合金構造部品の積層造形に新たな道を切り開くことにあります。
固相摩擦押出積層造形装置および試験プラットフォーム（2020年）
陝西智陀公司は、固相摩擦添加剤技術にも積極的に参加しており、技術の実用化と市場促進に重点を置いています。露出：固相添加剤製造技術、陝西智陀1200トン-南極熊3Dプリントネットワーク-プラットフォーム。同社の固相積層造形技術は、層状スライスと拡散溶接により金属材料を層ごとに積み重ね、複雑な三次元構造を形成します。技術的な原理は、材料の融点よりも低い温度で固相溶接を実行し、溶融と再凝固のプロセスを回避することで、材料の機械的特性と密度を向上させることです。陝西智陀の技術的優位性は、特に小ロット生産と複雑な製品の製造において、迅速な試作、材料の多様性、コスト効率にあります。現在、同社は多くの科学研究機関と協力して固体添加剤技術の商業化を加速し、中国の関連産業の急速な発展に貢献しています。

結論固相摩擦添加剤技術は、その独自の利点により、航空宇宙製造分野における重要な技術の 1 つになりつつあります。航空宇宙工程設備（蘇州）有限公司の成功した実践から、天津大学、陝西智陀などの機関の積極的な探求まで、この技術分野における国内の研究は活況を呈しています。国内のより多くの企業や研究機関による徹底した研究と技術革新により、この技術の応用範囲は航空宇宙分野だけでなく、自動車や医療など多くの産業にさらに拡大すると信じています。今後、技術が成熟し、その用途が拡大するにつれて、固相摩擦添加剤技術は世界の製造業に革命的な変化をもたらすことが期待されています。 Antarctic Bear は今後もこの技術の発展に注目し、最新の業界動向や技術の進歩を読者にお届けしていきます。

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