香港城市大学の呂建院士チーム:中国におけるセラミック3D/4Dプリントの開発

香港城市大学の呂建院士チーム:中国におけるセラミック3D/4Dプリントの開発
出典: AMF Additive Manufacturing Frontier

我が国では、30年以上にわたって積層造形(ラピッドプロトタイピング)技術が開発されてきました。中国の研究成果を世界の学者に紹介するため、積層造形最前線(AMF)編集長の李迪塵教授のリーダーシップのもと、「中国積層造形30年の発展」特集号が企画・構成されました。中国の積層造形分野の代表的チーム10数チームによる質の高い論文を通じて、我が国の積層造形技術の過去30年間の発展の歴史、主な研究成果、今後の発展動向を皆様に紹介します。

引用論文

Xinya Lu、Guo Liu、Jian Lu。中国におけるセラミック 3D/4D プリントの開発。Additive Manufacturing Frontiers、2024、200158。

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200158.

記事リンク:

https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2950431724000480


1 研究状況

過去30年間、中国は材料の研究開発、プロセスの最適化、構造設計、性能調整、機能応用など、点/線/面印刷セラミック技術において一連の成果を達成してきました。 4D プリンティングに関しては、新素材 (エラストマー由来のセラミックスの 4D プリンティング)、新プロセス (セラミックスの 4D 加法および減法複合製造)、および新機能 (形状記憶セラミックスの 4D プリンティング) において一定の進歩が遂げられています。セラミック印刷は、航空宇宙、エネルギー・環境、バイオメディカルなどの分野で幅広い応用が期待されています。

2 研究上の困難またはボトルネック

現在、セラミック積層造形分野は、高性能セラミック印刷材料の安定性制御、後処理工程における亀裂や変形の制御、印刷精度と効率の協調最適化、材料固有の脆さの問題、複雑な形状の複合機能デバイスの成形、ハイエンド印刷装置の材料プロセス統合研究開発など、多くの課題に直面しています。さらに、4Dプリントセラミック技術における新設計、新性能、新設備開発の難しさは、次の段階で突破すべき重要なボトルネックです。

3 展望

セラミック 3D プリントの精度をさらに向上させる必要があり、ボディごとのプリント、さらにはグループごとのプリントがセラミック材料の製造効率を向上させる鍵となります。学際的な研究の発展により、構造材料のマルチマテリアル、マルチモジュール、マルチスケール、マルチシステム、多次元、多機能の付加製造は、材料・構造・性能統合成形製造とインテリジェント製造のためのさまざまなソリューションを提供します。陶磁器の4D加法複合製造は、伝統的な中国陶磁器芸術と現代の高度な製造技術の融合を体現し、自然とテクノロジーを結びつけるインテリジェントなバイオニック構造の製造に新たなソリューションを提供します。 4D プリントされた形状記憶セラミックスは、機能性材料の開発において重要な役割を果たすでしょう。 4D プリントされた多用途の形状変化材料と作動メカニズムは、研究者に特定のセラミック製造ニーズに対応するソリューションを設計するインスピレーションを与えています。同時に、新たなハイエンド製造設備の研究開発により、新材料、新プロセス、新機能の開発が促進されます。

代表的な画像4枚


表1 点/線/面印刷セラミック技術の分類と対応する用語 図1 新材料、新プロセス、新機能におけるセラミック4D印刷の開発システム 図2 セラミック印刷の展望:(a)セラミック3D印刷技術の開発動向、(b)構造材料の積層造形の多様な展望、(c)セラミック4D印刷の潜在的な用途
著者について

リュウ・ジアン(チームリーダー)、フランス国立科学アカデミー(NATF)会員、香港工程科学アカデミー(HKAES)会員、AMF副編集長、香港城市大学工学部学部長、機械工学科主任教授、貴金属材料国家工程研究センター香港支部所長、先進構造材料研究センター所長、深セン福田研究所先進構造材料および付加製造研究部所長、瀋陽国家材料科学研究センター粤港区研究部所長。研究の方向性には、高度な構造的および機能的ナノ材料の作成と機械的特性、および機械システムのシミュレーションと設計が含まれます。彼は、フランス機械産業技術センター(CETIM)の上級研究エンジニアおよび研究室長、フランスのトロワ工科大学の機械システム工学科長、フランス教育省およびフランス国立科学研究センター(CNRS)の機械システムおよび並列工学研究所所長、香港理工大学機械工学科長、香港城市大学の教授、学長、大学院の副学長および学部長を務めてきました。彼は、中国科学院第一期海外審査専門家の一人であり、中国科学院瀋陽金属研究所の客員主任研究員、東北大学、北京科技大学、南昌大学の名誉教授、西安交通大学、西北工科大学、上海交通大学、西南交通大学の顧問教授、上海大学、中山大学、中南大学などの大学の客員教授、中国科学院著名な学者チームのメンバーであり、2011年にフランス国立技術アカデミー(NATF)の院士に選出され、同アカデミーの約300人の院士の中で最初の中国人院士となった。 2006年と2017年にフランス大統領よりレジオンドヌール勲章を授与された。2018年には中国工程院の光華工程技術賞を受賞した。 Nature(表紙)、Science、Nature Materials、Science Advances、Nature Communications、Advanced Materialsなどの専門誌に500本以上の論文を発表し、44,000回以上引用され、欧州、米国、中国で86件の認可特許を取得しています。

個人ホームページ:

https://www.cityu.edu.hk/mne/people/academic-staff/prof-lu-jian

Lu Xinya (第一著者) は、香港城市大学材料科学工学部の博士課程の学生です。彼女は、高温材料と 3D/4D 印刷用の新しい装置の開発に関する研究に従事しています。彼は、Adv. Mater.、J. Mater. Sci. Technol.、Addit. Manuf. Front.、およびCorros. Sci.ジャーナルに4本の論文を発表し、米国発明特許3件と中国発明特許3件を申請し、中国材料会議および世界材料会議で「ハイレベル学術ポスター賞」を受賞しました。

劉国(共同筆頭著者)は、中国科学技術大学の特任研究員および博士課程の指導者であり、中国科学院の人材紹介プログラムに選ばれました。 2013年に中国科学技術大学で学士号を取得し、2018年に香港城市大学で博士号を取得(指導教員:呂建院士)。その後、香港城市大学で博士研究員として研究を行い、香港研究助成委員会の博士研究員プログラムを主宰した。長年にわたり、ナノ複合セラミック材料の3D/4D積層および積層複合製造技術と関連する新装置の研究開発に従事。Sci. Adv.、Adv. Mater.(​​裏表紙論文)、J. Mater. Sci. Technol.(表紙論文)、Mater. Sci. Eng. R Rep.(ESI高引用論文)、Engineering、Ceram. Int.、Rare Metals、Addit. Manuf. Front.誌に第一著者/責任著者(共著者を含む)として論文を発表し、2D/3D/4D印刷セラミック技術シリーズで米国発明特許5件、中国発明特許5件を取得。彼は「中国のトップ 10 新興技術者」の 1 人に選ばれ、Advanced Powder Materials の若手編集委員、香港発明イノベーション連盟および広東機械工学協会付加製造 (3D 印刷) 支部の理事、損傷および破壊力学とその工学応用セミナー支部の会長を務めています。









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