3Dプリントされた16×18×6mの雲岡石窟大仏、3Dプリント技術に基づく大規模な不規則表面製品の形成プロセス

南極熊の紹介：この記事では、3Dプリント技術に基づく超大型不規則表面製品の成形プロセスを詳しく説明します。雲岡石窟第18洞窟を3Dプリントして複製できます。製品は高さ16メートル、幅18メートル、厚さ6メートルで、印刷面積は423平方メートルです。3Dプリント消耗品は約4トン、累計印刷時間は54,000時間以上です。

2018年11月27日〜28日、北京市豊台で2018年付加製造グローバルイノベーションコンペティションが開催され、Antarctic Bearは数多くの優れた3Dプリントプロジェクトを発見しました。例えば、北京土木大学と北京森鴻兄弟文化伝承有限公司は、3D プリント技術をベースにした大規模な不規則表面製品成形プロセスプロジェクトを実施しました。

以下は、イベントの速記です。Antarctic Bear は、プロジェクトロードショーのプロセスをうまく復元できることを期待しています。

3Dプリント技術に基づく超大型不規則表面製品成形プロセスプロジェクト- 北京土木大学＆北京森鴻兄弟文化伝承有限公司。私はより学習的な姿勢でコンテストに参加し始め、私たちが行ったことなどを簡単に紹介しました。タイトルは「3Dプリンティング技術による超大型凹凸面製品の成形プロセス」です。その名前は実際に私たちが行っていることを包含しています。これをやろうと思ったのは3年前です。国内のデザイン研究所が協力して文化財のデジタル化を始めました。文化財のデジタル化を踏まえて、こんなに大量のデータをどのように活用するかというアイデアが浮かびました。彼らは、最も典型的な洞窟芸術を世界に公開することを常に夢見てきました。洞窟は大規模で動かせない文化遺産です。本物を見たいなら、現地に行かなければなりませんが、それは非常に限られています。彼らは、これらのデジタルリソースを何らかの方法で活用し、屋外に持ち出して展示できる可動式の展示物に変えられないかと私たちに依頼しました。

そのため、その頃から、既存の成熟した3Dプリント技術をどのように活用して大量生産するかという問題について考え始めました。そこで、私たちが最初に考えたのが、3Dプリント+という問題でした。私たちはフロントエンドの3Dプリント技術を追求するのではなく、成熟した3Dプリント技術を実際の分野に応用することに焦点を当てました。

まさにこの機会だからこそ、文化財の保護と開発、そして大規模な不動文化財の複製という入り口が選ばれたのです。実際、このようなテーマから発展して、チームの研究方向として、3Dプリント技術の産業応用を研究し、3Dプリント技術を単一部品や小ロットのレベルにとどめず、実際に産業の大規模生産方法を使用して大量かつ大量の製品を生産します。

このプロジェクトについて簡単にお話ししたいと思います。知的財産権の問題から、第18窟は比較的代表的な洞窟です。最も重要な特徴は、高さ15.5メートルの本尊仏です。洞窟内の彫刻は主に高浮き彫りです。そのため、保存の観点から見ると、全体の形状は不規則です。一部の平坦な浮き彫りの洞窟とは異なり、形状は比較的単純です。これが、先ほど述べた大規模な不規則な形状です。

このテーマを受けて、本校のチームは雲岡チームと話し合いました。このプロジェクトは、当初の理想から今年彼らの実行を支援するまで、約3年間続いてきました。これがその結果です。北京建築大学大興キャンパスに位置し、今年7月から建国記念日までに完成する予定です。プロジェクト全体は、1対1の高忠実度のレプリカです。 11月には国内の多くのメディアがこの作品を報道し、大きな反響を呼んだ。

私たちが行っていることは、3つの大きなこと、2つの高み、1つの完全さとしてまとめることができます。それは、大量、大規模、大規模、高精度、高効率、フルチェーンです。その過程で、私たちは何ができるかを発見しましたが、資金の問題で継続できませんでした。

大型サイズ：レプリカは高さ16メートル、幅18メートル、厚さ6メートル、印刷面積は423平方メートルです。3Dプリント消耗品は約4トン使用され、累計印刷時間は54,000時間を超えます。

大きな仕様。個人的には無理があると思います。私たちは全員専門家なので、秘密を言う必要はありません。このような印刷サイズは、3Dプリントでは難しいことではありません。当時、私たちはこのような大きなものを作ることを検討していましたが、200×300の印刷範囲を含む従来の高精度では、私たちの要件を満たすことができませんでした。大量生産品は、精度に対する要件が低く、効率に対する要件が高くなります。私たちは印刷用に独自のプリンターを開発しました。

Senxun Brothersは50台のデバイスに投資しました。実際に機器を製作する際には、できるだけ安く作るという目標もありましたが、それが唯一の目標ではありませんでした。要件を満たしながら初期投資を最小限に抑えることも試みました。センシュン・ブラザーズは現在、1日当たり15平方メートルの印刷能力と80キログラムの印刷量を持つ機器を50台保有している。

高精度。座談会の際、私は森訓兄に3Dプリントを担当すると話しました。私は体格があまり良くない人間ですが、機械加工のような精度で建築工事をしました。当時、私たちのクライアントである Grottoes Research Institute は、隙間に関して非常に厳しい要件を定めていました。隙間が大きすぎると、表示効果に確実に影響が出るため、要件は非常に高かったのです。精度はミリメートルレベルです。個人的には、これほど大きな量でミリメートルレベルの精度を確保できる自信はありません。接合プロセスでは、いくつかの機器と従来の方法を使用してこれを行いました。

高効率。このような大規模プロジェクトは、後続の構造を含めて 1,700 立方メートルを超える総面積をカバーします。完成まで60日かかりました。初期段階ではモデル加工に約15日かかりました。計算モデル収集とデータ収集の時間はありませんでした。完全な加工と製造、完成品の印刷には45日かかり、総工期は60日かかりました。

チェーン全体。なぜそれをすべて1つの欠点としてまとめるのでしょうか？データ収集、モデル処理、表面セグメンテーション、構造設計、3Dプリント成形、成形後の後処理表面保護まで、チェーン全体の作業を行うことができます。ここで多くの欠陥が見つかりました。各リンクには多くの選択肢があります。このプロジェクトの観点からは、もう試す時間はありません。最初の2年間、学校はこのプロジェクトのためにいくつかの実験を行いましたが、十分ではないことがわかりました。解決し続ける必要がある問題はまだたくさんあります。

プロジェクトの革新性と利点
1. 大規模な産業用途を目指し、大型印刷装置を独自開発する。当社の機械は見た目も良くなく、外装もないので、全てが露出しており、特に高い精度は求められません。精度は十分だと考えています。私たちの目標は高精度の機械を追求することではなく、安定して動作させることです。実装により、私たちが間違っていないことが証明されました。機械の故障率は、詰まりや断線を含めて54,000時間以上で200回未満です。見た目は良くありませんが、丈夫で耐久性があります。

1枚目の写真は第1世代機、2枚目の写真は第2世代機です。2枚目の写真の第2世代機が主力で、一番右の機械が第3世代機です。指標を1つ挙げると、印刷速度を第2世代機の40～50から100以上に上げ、印刷速度を2倍にし、印刷効率も向上させて大規模な工業生産に適応したいと考えています。

2. 大規模な不規則な表面に対する標準的な接合プロセス。これは単なるデモンストレーションです。実際の接合プロセスでは、ハイエンドの機器であろうと伝統的な方法であろうと、何らかの技術的手段が使用されます。

3. PLA材料複合強化技術とプロセス。私たちの基準は工業生産であり、現在最も成熟した3Dプリント技術を使用しています。そのため、材料の選択肢はPLAまたはABSです。ABSも作れますが、ABSにはいくつかの問題があります。最終的に、PLAを選択しました。ここで問題があります。私たちは皆専門家です。PLA素材自体は良い素材ではありません。このものを屋外に置くと、風雨にさらされます。どうすれば保証できるようになりますか？より高価な材料を使用できれば、コストが急騰します。PLA素材は比較的安価です。表面実験には10種類以上の材料を使用しました。この分野で、想定された性能を満たす材料は見つかっていないと考えています。この材料で十分であるとしか言えません。この物には実験室データしかありません。後ろには実験で使用した長さ6メートルの仏像があります。時々変化がないか確認します。仏像は1年近く立っています。全体の形に大きな問題はありませんが、いくつかの小さな問題があり、このプロジェクトで改善されました。正直に言うと、次に何か問題が起こるかどうかはわかりません。表面保護材を散布していることを示す実験データがあるだけです。

会社の視点から、なぜこの側面を考慮するのでしょうか。私たちの学校の利点を十分に発揮したいと考えています。実際、私たちの学校は3Dプリンターと3D印刷技術の研究開発において優位性を持っていません。私たちはこの分野に非常に遅れて参入しました。私たちはそれらを使用していました。私は20年間教えており、10年以上前に3Dプリンターに触れました。当時は、使い方しか知らず、大規模に使用できるかどうかについてはあまり考えていませんでした。または、このプロジェクトに基づいて、数年間の試行錯誤を経て、実際に私たちの利点は何ですか？それはエンジニアリングの側面にあり、エンジニアリング設計、建設組織、建設管理などが含まれます。そのため、私はかつて、まず3Dプリント技術をエンジニアリングと組み合わせ、技術自体ではなくその応用に焦点を当てることはできないかと考えました。したがって、エンジニアリングと組み合わせると、幅広い応用の見通しが持てるようになります。

例えば、都市彫刻、テーマパーク、大規模な映画セットなどのテーマ彫刻は万能ではなく、さまざまな欠点があるかもしれませんが、これらの分野で試すことができます。実際、このような分野でのアプリケーションは比較的成熟しているはずです。 3Dプリントは、テーマパークや都市彫刻を含め、比較的成熟した形成方法です。唯一の違いは、3Dプリントを使用して従来の粘土彫刻、彫刻、機械加工を形成することです。私たちは彼らのことをやっており、3Dプリントを成熟した技術と見なし、アプリケーションの観点からそれを推進しています。すべての専門家と同僚に感謝します!

専門家のコメント
鄧澤茂氏：私たちは、グラスファイバーや樹脂で作られたテーマパークや街のランドマークなどの製品に出会うでしょう。あなたの技術は、これらの問題を解決するのに役立ちます。当社のオリジナル樹脂とグラスファイバーの違いは何ですか?何か利点はありますか？

Xu Donghui:成形方法を選択する際、従来のグラスファイバーを含むさまざまな方法を検討しました。その後、3D プリントを選択しました。これにはいくつかの利点があります。

まず、FRP樹脂成形材料の第1弾として3Dプリントが活用できます。その利点は、当社のデジタルモデルの復元度が非常に高く、従来の方法よりも高いことです。

次に、3D 彫刻を使用してこれを実行しようとしました。3D 彫刻の素材は PLA よりも弱いため、もちろん利点があり、これも試しました。現在、3D彫刻の効率は3Dプリントほど良くないと考えています。3Dプリントが広く使用されるようになると、その効率は3D彫刻よりも高くなります。さらに、3D彫刻は成形面の影響を受けるため、3軸、4軸、5軸は、当社の3Dプリントのワンタイム成形ほど便利で優れているわけではありません。

3つ目に、展示の観点から、強度はさておき、形状に関しては3Dプリントと3Dプリントの両方にそれぞれ利点があります。3Dプリントは鋭いエッジのあるものを作るのが少し苦手で、立体彫刻ほど優れていません。しかし、3D プリントは大規模な成形に利点があり、当社のエンジニアリングコンセプトに従って、比較的成熟したプロセスフローに従えば、効率、時間、成形効果の面で従来の方法よりも成形効果が高くなります。

鄧澤茂：太陽や雨にさらされる環境では変形する可能性はありますか？

徐東輝：はい、現在使用している PLA と ABS の素材はどちらも変形の問題があります。現在使用している解決策は、構造を固定し、背面にサポートを設け、重要なポイントで構造を使用してサポートすることです。従来のグラスファイバーにもこの問題があります。内部サポートがない場合、半密閉型または完全密閉型のケースの場合、変形の問題も発生します。そのため、内部サポート構造に頼って解決しています。

鄧沢茂：コストはそれらよりも高くなりますか？

徐東輝：現在、これに請求する価格は、少し高いかもしれませんが、それほど高くはありません。基本的には同じです。しかし、ここに問題があります。初期段階で多くの実験があり、この点に多くの投資をしてきました。はっきり言って、多くのものを無駄にしてきました。全体的なコストは従来のものと同等です。さらに、この問題はエンジニアリングで考える必要があると思います。クライアントへの見積もりを含めて、従来の大型彫刻の価格が基本価格であることが一目でわかるため、お客様にとってより良いです。このものは1万元で、高さが3メートルの場合は3万元かかります。個人的には、内部の人ではないお客様にとって、大型彫刻やレプリカについて何もわからないと思います。500万元、あるいは300万元を払っても大丈夫かもしれません。しかし、エンジニアリングの観点から見積もると、人件費、材料費、基礎石、損失など、より標準化されます。もちろん、企業にとってはわずかな損失になります。透明性が高くなるほど、利益率は低くなります。標準化されているため、業界にとっては良いことです。それぞれに長所と短所がありますが、コストがさらに下がり、印刷速度が上がれば、従来のものよりもコストが低くなります。

ヤン・ハイジュン：法人化に関する業務全体ではこれまでどのような作業が行われてきましたか。また、今後の業務全体はどのようなものになる予定ですか。いくつかの問題が関係しており、研究開発には学校の技術リソースが使用されます。

徐東輝：両方です。

ヤン・ハイジュン：今後の会社の運営において、この点をどのように考慮していますか？全体の工事が完了した後は、プリンターなどの固定資産投資も発生しますが、今後はどのようにお考えでしょうか？主な事業は何ですか？今申し上げたのは、この問題をアーキテクチャの観点から考えようということです。これは一つのやり方ですが、これは不正な主力事業なのでしょうか。収益構造に関わることですから、すべての問題はその後の会社の運営にまだあるわけです。どのようにお考えでしょうか。

徐東輝：私たちは森鴻と協力関係にあります。私の学校は森鴻の株式を保有していませんが、当初は同じ志を持つ人々と協力関係を始めました。森鴻はこれをゼロから始めたのですが、森鴻のパートナーは非常に進取的でした。わずか1年で私たちはプロセスの道筋を思いつき、一緒に議論し、彼らがそれを実現するのを手伝ってくれましたが、機械は彼ら自身で開発しました。これが協力関係です。

会社の今後の運営については、当社が完全な技術を習得し、学校と良好な協力関係と良好なサポートを得ることを期待しています。大規模な紙彫刻、映画やテレビのセットレイアウトの制作、不動のテクスチャの複製において一定の発展を遂げることを期待しています。

過去1年間、彼らは主に私たちのプロジェクトに忙しく、まだ完全に落ち着いて会社のプロジェクトに対する長期的なビジョンを打ち出していない。しかし、一歩ずつ前進しているとはいえ、興味を持っている投資家が計画を整理するのを手伝うことは有益であると思う。

ヤン・ハイジュン：先ほど投資家の問題についてお話しましたが、もし私が投資家だったら、誰に投資しますか？

徐東輝：学校に関しては、教師としてこの問題について考えたことはありません。私はそのような技術や成果を変換してきました。このプロジェクトはまだ完了していません。不要なトラブルを避けるために、なぜ一部の名前を隠しているのでしょうか? 最終的なプロジェクトの承認はまだ行われていません。現在、このようなプロジェクトを通じて経験と技術を蓄積し、その後の技術的な問題を解決したいと考えています。

会社の立場からすると、まずは生き残ることです。現在、展示会や人間化されたカスタマイズ生産にも経験を投入し、市場調査や初期準備、製品設定などを行い、しばらく前にイメージモデルを作成したこともわかっています。これが現時点でわかっていることです。

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