AECC北京航空材料研究所副主任エンジニア張学軍氏へのインタビュー

AECC北京航空材料研究所（研究所621）の副主任エンジニアである張学軍研究員は、現在注目されている技術の一つである3Dプリントでよく知られています。国がチームの開発を重視し、加速させたため、3Dプリント産業の規模は急速に拡大しました。統計予測によると、わが国の3Dプリント産業の規模は2017年に173億元に達し、今後5年間（2017年～2021年）の平均年複利成長率は約41.36％となる見込みです。2021年までに、産業規模は691億元に達する見込みです。しかし実際には、3D プリント業界の多くの専門家は、わが国の 3D プリントはまだ産業化の初期段階にあると考えています。業界には体系的な標準建設が欠けています。新素材の研究開発と資本の優遇度は、依然として業界の発展を制限する主な要因となっています。これらの問題を克服し、3D プリント業界のさらなる発展を促進するには、関連するすべての機能部門が協力して早急に取り組む必要があります。航空宇宙産業は常に 3D プリント技術の開発をリードしてきました。 3D プリント技術の応用と発展は、その国の 3D プリント技術のレベルを間接的に反映します。わが国の航空宇宙分野における3Dプリント技術の発展と応用状況をより深く理解するため、最近、[Materials+]と「China Nonferrous Metals News」の記者が中国航空エンジン株式会社北京航空材料研究所（621研究所）を訪れ、副主任エンジニア研究員の張学軍氏にインタビューする機会に恵まれ、中国航空エンジン株式会社3Dプリントセンターの謎を解き明かしてくれました。

3Dプリントセンター設立 北京航空材料研究所621研究所の「3Dプリント研究およびエンジニアリング技術センター」（以下、「3Dプリントセンター」）は、2013年に設立され、先進的な航空材料の付加製造技術の研究に特化した専門機関です。現在、3Dプリントセンターは、高温合金、チタン合金、アルミニウム合金、機能材料、バイオメディカル製品、溶接、熱処理、表面、物理冶金、非破壊検査、故障解析、機械的特性試験などの専攻で構成されており、重要な専門統合の利点を持っています。張学軍研究員は、3Dプリントセンターの設立により、航空、宇宙、バイオメディカルなどの分野における積層造形技術の応用が強力に促進されたと述べた。我が国の3Dプリンティング産業は25年間発展してきましたが、産業チェーンはまだ完成には程遠く、業界は大きな課題に直面しています。 3Dプリント材料はまだ初期参入段階にあります。金属プリント材料の多くは、従来の鋳造や溶接に使用される材料であり、3Dプリント専用の材料はまだ産業化されていません。さらに、今日のエンジンでは、溶融鋳造法を使用してブレードを製造しており、「3つの高」（高温、高応力、高速）に耐えることができます。しかし、溶解鋳造にもいくつかの開発上の問題がありました。 3D プリント技術を使用してブレードを作成すると、動作中にブレードが溶けたり壊れたりします。そのため、積層造形材料の機械的特性に関するデータベースを構築し、積層造形製品の非破壊検査および評価方法を開発し、現在の3Dプリントプロセス製品の表面粗さや印刷精度など、3Dプリント技術のエンジニアリング応用を制限するボトルネックの問題に対処する必要があります。このような背景から、3D プリントセンターが誕生しました。 ”

「標準」の実施を促進するためにあらゆる努力を払う<br /> 一般的に、3D プリンティングセンターの主な役割は、データベースと標準的な評価方法のリーダーとして機能することです。近年、積層造形技術は急速に発展し、世界的な技術・産業競争を引き起こし、標準を通じて産業の発展を支援し主導することが国際的なコンセンサスとなっています。国際標準化機構 (ISO) は、付加製造技術の国際標準を策定するために、用語、方法、プロセス、テスト方法、データと設計の 4 つの作業グループを持つ ISO/TC261 付加製造技術委員会を設立しました。米国材料試験協会 (ASTM) は、ASTM F42 付加製造技術委員会を設立し、付加製造技術標準の開発を開始しました。欧州連合は最近、付加製造（3Dプリント）標準化開発の戦略的方向性を規定するための「3Dプリント標準化ロードマップ」を発表しました。

世界の他の国々と比較すると、我が国ではまだ統一された業界標準が確立されていません。国内の3Dプリンター機器メーカーはそれぞれ異なる考え方や基準に基づいて設計・生産を行っているため、全国で統一されたアフターサービス・メンテナンスサービス体制を確立することは不可能です。国家基準の欠如も、3Dプリント業界の海外展開を制限しています。わが国の3Dプリント技術の多くは国際的に先進的なレベルに達していますが、依然として主に発展途上国に輸出されています。先進国の基準では我が国の設備や技術は認められていません。先進国には健全な工業標準があり、国内の中小企業が実施している標準は信頼されていない。国ができるだけ早く統一標準システムを策定し、企業の「グローバル化」を導くことを期待します。

こうした流れを受け、2016年4月、北京で国家付加製造標準化技術委員会が設立された。中国工程院院士の陸炳恒氏が委員長を務め、委員は計61名となった。同時に、3Dプリント技術の用語と定義、ファイル形式、プロセスと材料の分類、試験方法の分野で6つの国家標準の策定が開始されました。張学軍委員は記者団に対し、「これまでの開発研究が集中しておらず、データが不足していたため、標準の制定が遅れていた。このため、AECCは専門研究機関、試験センター、その他の関連研究機関と力を合わせ、AECC北京航空材料研究所の支援を受けて「AECC 3Dプリントセンター」を設立した。このセンターは、材料から技術までの全プロセスの研究開発を実現し、データの作成に全力を注ぎ、標準の制定と発表を強力かつ実質的に推進している」と語った。

民間の3Dプリント企業が今や「至る所で花開いている」という事実を考慮すると、私たちはこれらの企業と協力するという選択肢があります。研究者の張学軍氏は、「標準は厳格で普遍的な基準です。私たちはデータの信頼性を確保しなければなりません。多くの企業がうまくやっていますが、彼らの目標は私たちとは異なります。彼らが求めているのは市場と利益です。私たちが提供するデータが正確で信頼性が高く、再現可能であることを保証しなければなりません。したがって、私たちはそれを自分たちで行い、関連するすべてのリンクをマスターしなければなりません。」と述べました。

3Dプリント技術と従来の製造技術の補完的な発展を促進する<br /> 今では多くの人が、将来的には 3D プリンティングが従来の製造技術に取って代わる可能性があると主張しています。記者はこの問題について張学軍研究員にも相談した。張学軍研究員は「20年前、誰かがデジタルカメラの使用を提案したとき、誰もが否定的でした。今ではほとんどの人がデジタルカメラを持っており、誰もがデジタルカメラを一般的に受け入れています。しかし、一部の専門家は、まだフィルムカメラを使用する必要があります。つまり、高品質の写真は依然としてフィルムカメラから来ています。デジタルカメラはフィルムカメラと共存していますが、機能は異なります。3Dプリントと従来の鋳造でも同じことが言えます。」と述べた。現在、航空分野では3Dプリントを使用して、内部に多くの流路がある部品や、最適化された設計によって得られた「特殊形状部品」など、複雑な構造の部品を印刷することができます。鋳造と比較した他の部品の準備には、次の 3 つの主な違いがあります。まず、3D プリントのコストが比較的高くなります。直接鋳造できる比較的単純な部品の場合、3D プリント部品の生産サイクルは短くなりますが、原材料、設備、印刷、後処理のコストは鋳造よりもはるかに高くなります。これは主に原材料と設備の輸入、そして現段階での技術の未熟さによって制限されています。第二に、3D プリントプロセスにより、金属粉末は溶解して再構築されます。このプロセスの内部組織成長メカニズムはまだ不明であり、コンポーネントの内部品質を制御することは困難です。さらに、3D プリントされた部品の表面は一般的に粗く、それ以上加工することはできません。これらの要因により、3D プリントの開発は制限されます。したがって、将来的には、3D プリンティングと鋳造技術は製造業において相互に補完し合うことになるでしょう。 3D プリンティングは、構造部品の最適化、軽量設計、部品の再製造、統合設計において重要な役割を果たすことができます。

さらに、3D プリントはパーソナライゼーションを完全に体現します。現在、3D プリントの応用メリットは、航空宇宙、バイオメディカル、教育産業の 3 つの主要分野で最も顕著ですが、そのほとんどは技術的な困難に直面しています。航空宇宙分野では、3Dプリントは金属部品を直接製造するために使用できますが、疲労強度は鍛造品ほど良くありません。バイオメディカル分野では、3Dプリントを使用してパーソナライズされた人間の代替品を作成できますが、適格かどうかの統一基準がまだありません。教育分野では、機器の安全性と材料のリサイクルに技術的な困難があり、これらすべてが業界の発展を制限しています。そのため、張学軍研究員は次のように指摘した。「現在および将来、3Dプリントセンターは、大量のデータと標準を作成することに加えて、実際には3Dプリント産業チェーン全体のためにも活動しています。粉末段階では、ゲノム概念を使用して合金組成を最適化し、材料の準備を検討します。輸入設備の成形プロセスを分析し、国産設備を設計し、国産プロセスを研究します。自社で準備した粉末を使用して部品を印刷します。テストセンターのデータを通じて完成品を評価します。部品の熱処理、構造調整、応力調整、熱間静水圧プレス、表面処理などを含む後処理プロセスを研究し、最後に部品の取り付けテストを実行します。」

3D プリンティングは大きな可能性を秘めた技術です。 AECC 3Dプリントセンターが、このハイテク産業の国家標準の「ラストマイル」をできるだけ早く開拓してくれることを期待しています。また、AECCのリーダーシップのもと、わが国の3Dプリント産業チェーン全体が引き続き迅速かつ健全に発展していくことも期待しています。

出典: 資料10

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