石宇勝チームの過去30年間の積層造形分野における代表的な研究成果と産業化の進捗状況

出典: 中国機械工学ジャーナル

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:
Yusheng Shi、Chunze Yan、Bo Song、Bin Su、Qingsong Wei、Lichao Zhang、Jiamin Wu、Shifeng Wen、Jie Liu、Chao Cai、Shengfu Yu、Chenhui Li、Yan Zhou、Annan Chen、Lei Yang、Peng Chen、Yang Zou、Minkai Tang、Ying Chen、Yunsong Shi、Hongzhi Wu、Lei Zhang、Zhufeng Liu、Haoze Wang、Changshun Wang、Siqi Wu、Guizhou Liu、Zhen Ouyang。積層造形技術の最近の進歩：華中科技大学のラピッドマニュファクチャリングセンターの成果。積層造形フロンティア、第3巻、第2号、2024年、200144。

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200144.

記事リンク:
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2950431724000340

1 研究状況<br /> 付加製造技術（3Dプリント、4Dプリントなどを含む）は、層ごとの製造と重ね合わせの原理を採用し、3次元モデルデータから複雑な部品を直接作成します。航空宇宙、鉄道輸送、バイオメディカルなどの分野で大きな価値と幅広い応用の見通しを示しています。そのため、積層造形は、世界の先進製造分野において最も急速に成長し、最も活発に研究され、最も関心の高い分野の 1 つとなり、学界や産業界における注目の研究開発トピックとなっています。

2 研究上の困難またはボトルネック<br /> 現在、積層造形技術には、（１）積層専用材料の種類が少なく、性能が低い、（２）成形効率が低く、大規模な工業化が難しい、（３）積層造形の形状を能動的に制御することが難しい、（４）マルチマテリアル積層造形装置が不足している、などの未解決の課題が残っている。

3 論文のハイライト(1) 焼結変形が少なく、嵩密度が高く、流動性に優れた、再利用性が高く、形態制御可能な積層造形用ポリマー複合粉末およびフィラメントと積層造形用セラミック複合粉末を発明。一部は工業化されており、製品は米国でUL認証、欧州連合でCE認証を取得し、米国、ドイツ、オーストラリアなどの国に輸出されている。

（２）シリコンカーバイドセラミックスのマイクロ・ナノマルチスケール協働強化法を提案し、付加製造反応浸透成形技術を開拓し、最大サイズ1.6メートルの宇宙ミラーやスラリーポンプインペラなどの複雑なシリコンカーバイドセラミック部品の一体成形を実現し、シリコンカーバイドセラミック付加製造技術の国際的最前線をリードした。

（３）連続繊維強化複合材料の付加製造部品の密度と層間せん断強度を大幅に向上させるロボットレーザー付加製造プロセスおよび装置を発明した。

（4）最先端の4Dプリンティングの最新の研究成果について、原材料の選択、印刷プロセス、誘導戦略、潜在的な用途の観点から議論する。

（５）ポリマー、セラミックス等の大型で複雑な部品の一体成形に使用可能な、１．７メートル×１．７メートルの成形テーブルを備えたレーザー選択焼結積層造形装置の開発に成功しました。

4 結論<br /> 本稿では、華中科技大学材料科学工学部ラピッドマニュファクチャリングセンターが過去30年間に積層造形分野で達成した代表的な研究と産業化の成果、および国内外に及ぼした広範な影響についてまとめ、積層造形技術の今後の発展方向について独自の洞察を提供し、現在の技術力と将来の応用ニーズとのギャップを埋めることを推進します。付加製造技術は高性能な製品を生み出す大きな可能性を秘めていますが、産業用途での大規模な使用を促進するには、研究コミュニティと業界の両方からさらなる努力が必要です。

5 展望<br /> この記事は、将来のAMテクノロジーの潜在的な開発の方向性を提供します。（1）3次元から多次元のAM、よりスマートで、より現実的な、そしてより意識的なスライスへの移行を提供します。ロールバイブロック/ブロックAMから、大規模な産業用途を促進するための形成効率を改善し、地域の材料、構造、パフォーマンスの特性からの洗練されたカスタマイズされた調整を実現します。、調整可能なメソスコピックな形態、およびマクロ構造の制約は、（6）材料の準備と形成の統合された組み合わせ。

6 代表的な画像

図1 AM技術の発展方向
図2 ドットラインシートボリューム印刷の進化
図3 単一材料から複数材料のAMへの発展
著者チームについて

Shi Yusheng（チームリーダー）は、華中科技大学の著名な教授です。彼は現在、華中科技大学の華中学者リーダーシップポストの著名な教授、中国非鉄金属学会の付加製造部門の会長、中国材料学会の付加製造材料部門の会長、中国航空宇宙科学技術総公司の付加製造プロセス技術センターの専門委員会のディレクター、および教育部の長江学者イノベーションチームのリーダーを務めています。高性能ポリマー、金属、セラミックス等の積層造形用特殊材料の調製・成形技術を主に行っております。彼の業績は399件の発明特許につながり、9冊の書籍/教科書を執筆し、704本の論文を発表し、2022年にはスタンフォード大学の「世界の上位2％の科学者」の一人に選ばれ、中国のさまざまな分野で大きな貢献を果たしました。国家科学技術発明賞2等賞1回（1位）、国家科学技術進歩賞2等賞2回（1位と3位）、中国科学技術進歩トップ10、中国インテリジェント製造科学技術進歩トップ10で各1回（ともに1位）、省レベルと省レベルの1等賞9回（1位5回）を受賞。また、国家革新先駆賞、全国優秀科学技術人材トップ10推薦賞、中国発明創業賞特別賞、湖北省五一労働勲章、武漢市科学技術重要貢献個人賞を受賞した。

Yan Chunze (責任著者) は、華中科技大学の第二レベルの教授および博士課程の指導者であり、教育部の長江学者プログラムの著名な教授、国家重点研究開発プログラムの主任科学者、および 2023 年の中国のエルゼビア高被引用学者です。彼は現在、国家材料成形・金型技術重点実験室の所長、教育部積層造形セラミック材料工学研究センターの所長、湖北省積層造形技術国際科学技術協力基地の所長、国際誌「Journal of Materials Processing Technology」の副編集長、国家積層造形標準化技術委員会（SAC/TC562）の委員を務めています。彼は、国家重点研究開発計画、国家自然科学基金重点基金、航空宇宙共同基金重点基金、工業情報化部の産業転換・アップグレード重点プロジェクトなどの国家プロジェクトを主宰した。開発された付加製造材料と設備は、中国航天科技集団、中国航天科技公司などで産業化・応用され、米国、英国、ドイツ、オーストラリアなどの国に輸出されている。彼は、Adv. Mater. や Acta. Mater. などのジャーナルに第一著者または責任著者として 80 件以上の SCI 索引論文を発表し、米国、日本、ヨーロッパ、ドイツ、ロシアからの 14 件の国際発明特許を含む 84 件の発明特許を取得しています。彼は、Elsevier からの 2 件の英語モノグラフを含む 8 件のモノグラフと教科書を出版し、4 つの国家標準の策定を主導または参加しました。当該成果は国家技術発明賞二等賞（第2位）及び国家科学技術進歩賞二等賞（第3位）を受賞した。

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