Ying Hua: 積層造形の「4段階理論」

著者: 魏旭剛、南極熊3Dプリント特派員

最近、DediBot Intelligentの創設者であるYing Hua氏と綿密な交流を行い、多くのことを学びました。特に、積層造形が直面しなければならない4つの発展段階に関するYing Hua氏の見解は非常に印象的でした。それを整理し、私の理解も加えて、業界内外の方々と共有し、皆様の参考とさせていただきます。

第一段階：古いボトルに入った新しいワイン。

従来の製造業を補完するものとして、付加製造が導入され、応用されています。斬新ではありますが、その適用範囲はまだ非常に狭く、コストと利益の優位性はまだ明らかではありません。多くの面で、従来の製造業と比較することすらできません。積層造形や3Dプリンティングという言葉を聞いたことがある人は多いと思いますが、人々の生活からはまだ遠い存在です。子どもと同じように、将来の方向性は無限の可能性を秘めているが、今できることは多くない。

この段階はかなり長く、1980年代に積層造形技術が誕生してから30年以上が経ち、現在はそれが終わりを迎え、つまり第2段階への移行期にあると言えます。

この段階でのアプリケーションシナリオは、主に R&D の検証と検証、つまりラピッドプロトタイピングアプリケーションです。

第 2 段階: コンポーネントの組み合わせの最適化。

最初の段階での継続的な試みと挫折を通じて、積層造形の応用が洗練され始め、特定のサブフィールドで徹底的な研究が行われました。いわゆる小さなことから始めて、時間をかけて積み重ねていくことで、大きな成果を達成することができます。

このとき、製品コンポーネントの構造形態に対していくつかの複合最適化が行われ、従来の構造とはまったく異なる製品が生産されます。このような最適化は、材料の再配置と選択を通じて新しい構造を形成し、製品に同等の強度、同等の剛性、剛性と柔軟性の両方、力に対する応答性などの特性を持たせることを可能にします。これは、現在の製品のさまざまな指標にクロスオーダーのプラスの影響を与え、多くの産業分野を覆す可能性を秘めています。多くの完成品から判断すると、元の機器の性能を維持し、製造材料を変更しないという前提で、部品の組み合わせを最適化することで、一般的に15％から60％の部品の軽量化を実現できます。

この段階では、積層造形は企業のサプライチェーン、生産組織、メンテナンスチェーン全体に大きな影響を与えます。サプライチェーンの短縮は、製造業におけるビジネス関係に大きな変化をもたらしました。カーボン社が製造したアディダスのミッドソールやGE社が製造したエンジンの燃料ノズルは、どちらもこの段階の有名な例です。さまざまな原材料会社も、最終ユーザーに近づくための準備を進めている。

この段階での応用シナリオは、複雑なコンポーネントの統合生産に重点を置き始め、材料と構造の性能の継続的な進歩を重視し、元の製品設計に基づいて多くのコンポーネントを最適化および更新しました。

第三段階：産業の再設計。

再設計とは、R&D設計を市場の顧客ニーズの原点に戻し、元の設計を再検討し、最も自然な方法で設計の本質を探求し、自然を模倣するという新しいエンジニアリング設計の概念と方法です。

再設計とは、シミュレーションと精密製造（3Dプリントと精密鋳造）に基づく産業再設計です。エンジニアリングシミュレーション方法と精密製造プロセスの革新を使用して、既存の伝統的な工業製品の設計プロセスとプロセスを最適化、改善、アップグレードします。本質的な核心は、産業シミュレーションアプリケーションの昇華と、産業シミュレーションと精密製造技術の組み合わせです。これにより、少なくとも 2 つのメリットがもたらされます。(1) 製品の品質を継続的に向上させ、新機能を追加することで、顧客を引き付け続け、製品の市場シェアを拡大することができます。(2) 技術の進歩とプロセスの改善を最大限に活用して、製品コストを削減し、製品の利益率を拡大することができます。

付加製造はより精密で洗練された製造技術であり、それに一致するにはより正確で詳細な設計内容が必要です。 CAE は明らかに現時点で最も成熟し、適用可能なツールです。

事例: 衛星の構造サポートにトポロジー最適化産業再設計モデルを採用し、重量を 30% 削減し、コストを 30% 削減しました。

この段階では、付加製造は減算製造と同等になり、企業が価値と効率を高めるための中核的な競争力にさえなっています。すべての生産要素、組織構造、人材システムなどが大きな変化を遂げています。有名なXEV電気自動車がこのステージのベンチマークです。

この段階での応用シナリオはフォワードデザインに基づいており、付加プロセスの特性に基づいたさまざまな新製品が登場し始めています。

第 4 段階: ジェネレーティブデザインとインテリジェント製造。

単一の部品でも、大きな製品全体でも、再設計と付加的な思考を通じて、構造、機能、美観が統合され、革新的なデザインと統合されたデザインが完璧に融合されています。先進的な3Dプリント技術の助けを借りて、「どんなに複雑でも製造でき、製造された製品はトップレベルの製品になる」というSFレベルの製造能力を実現し、想像上のスマート製造を現実のものにしています。

この段階では、積層造形は特定の企業だけでなく、すべての産業、社会全体に影響を与え、生産方法と生産関係全体を再構築しました。

理想的なアプリケーションシナリオは、ユーザーへのエンドツーエンドの直接接続を設計することです。生物界の自然遺伝子に加え、人工的に巨大な製品「種遺伝子」ライブラリが構築されており、システムツールは既存の「種遺伝子」ライブラリから必要なコンテンツを自動的に設計・抽出し、さまざまな個別ニーズに応じて製造します。

これら4つの段階の提案についてどう思われますか?メッセージを残して交流することを歓迎します。

Ying Hua: 積層造形の「4段階理論」

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