GEはコールドスプレー金属3Dプリントにも挑戦：デュアルロボットアーム制御+機械学習、より柔軟で強力

米国のゼネラル・エレクトリック（GE）は、ドイツのコンセプト・レーザーとスウェーデンのアルカムという2つの有名な金属3Dプリント企業を買収し、さらに独自の研究開発を行うことで、バインダージェッティング、レーザー焼結、電子ビーム溶融という3つの最も主流の金属3Dプリント技術を習得し、絶対的な金属3Dプリントの超大手となった。でも、ご存知ですか？実際、彼らはまだ主流ではないが大きな可能性を秘めた別の技術、コールドスプレーについても「秘密裏に」研究している。

コールドスプレーは実際には新しいものではなく、非常に成熟した材料堆積プロセスですが、常に表面修復に使用されてきました。原理は、圧縮空気を使用して材料粒子を音速の 4 倍に加速し、対象物に当ててコーティングを形成し、修復を完了することです。主な利点は、速度が速く、成形密度が高く、任意の厚さにスプレーでき、金属、ガラス、セラミック、岩石のあらゆる表面にスプレーできることです。

ただし、材料堆積プロセスであるため、修理だけでなく製造にも使用できます。唯一の違いは厚さです。そのため、近年ではコールドスプレー法が3Dプリンティング業界の新たな人気となり、つい先日Antarctic Bearが報じたオーストラリアのSPEE3D社のLightSPEE3D（下の写真）や、Titomic社のKinetic Fusion、そして今回ご紹介するGEが開発中の装置など、コールドスプレー法をベースにした金属3Dプリンターも登場しています。

3 社のコールドスプレー金属 3D プリンターは非常によく似ています。いずれもロボットアームを使用しているため、柔軟性が高く、造形サイズも大きいです。しかし、GE の製品の方が優れているのは、ロボットアームが 2 つ (2017 年 10 月にアップグレード) あり、1 つはビルドプレート (およびその上のプリント) を「つかんで」制御する役割を担い、もう 1 つはコールドスプレー処理を担当し、より柔軟性が高い (12 の自由度) ためです。

さらに、印刷設定をその都度分析して自己進化できる高度な機械学習ソフトウェアを搭載しています。開発チームを率いたGEの科学者ジョー・ヴィンシケラ氏は次のように述べている。「同じ画像を1年間に4万回描くことを想像してみてください。たとえ機械がそれをしたとしても、すべての画像が同じになる保証はありません。中にはより良い画像もあるでしょう。しかし、私たちはそうした小さな違いから学ぶことができます。そうした変更をリアルタイムで適用することで、新しい画像の品質が向上します。」

これまで、GE はこのデュアルアームコールドスプレー金属 3D プリンターを使用して、ジェットエンジンのプロペラブレードの印刷など、いくつかの作業に成功しています。今後、さらに多くのアプリケーションを実現するために、必ず活用されるでしょう。待って見てみましょう！

わが国でもコールドスプレー3Dプリントの研究が始まっていることは特筆に値します。2016年、浙江理工大学の姚建華教授は「超音速レーザー堆積法に基づく金属積層造形（3Dプリント）技術の基礎研究」を提案し、「超音速コールドスプレー＋レーザー」という新しい3Dプリント技術に焦点を当てました。

姚建華教授によると、ハイエンド設備製造は国の将来の発展にとって重要な方向である。しかし、現時点では、我が国は基礎研究が弱い、先進的な製造方法が不足している、製造プロセスにおけるエネルギー消費量が高いなどの問題を抱えている。これらは業界の発展を深刻に制限してきました。 3Dプリンティングは画期的な進歩を達成するための重要な要素とみなすことができますが、効率の低さ、コストの高さ、品質管理の難しさという3つの大きな問題もあり、現段階では産業用途の実現における主なボトルネックとなっています。生産、教育、研究、応用の統合を強化するために、彼は超音速コールドスプレー技術に注目し、レーザークラッディングと組み合わせてそれぞれの利点を最大限に生かす新しい方法を提案しました。この方法は、堆積効率が高く、低温、低コスト、高性能などの利点があり、大きな可能性を秘めた新しいタイプの金属 3D プリント技術です。

「蒸気タービンブレードを例に挙げると、この技術は耐腐食性を大幅に向上させることができます。耐腐食性が強い蒸気タービンブレードの国際市場での単価は2万～3万ユーロと高く、アウディ車1台分に相当し、中国では100万ドルの発電機セットに1,000枚以上のブレードが必要です。さらに、使用時間が長くなると、ブレードの風上側部分が損傷し、修理または交換する必要があります」と姚建華氏は述べました。「しかし、この新しい3Dプリント技術により、状況は根本的に変わります。ブレードを修理できるだけでなく、コストを削減し、ゼロから新しいものを作成することもできます。製造プロセスでは、レーザー表面強化を使用するだけでなく、重要な場所でより強力な材料を使用して統合印刷することもでき、ブレードの耐用年数を大幅に向上させます。この新しい技術の効率と性能は、現在の単一レーザー3Dプリントよりも少なくとも数倍高く、コストは低くなると予想しています。」

姚建華氏のチームは、科学研究の成果を実際の生産性に転換することを引き続き推進し、科学技術革新を利用して浙江省の経済転換とアップグレードを推進し、浙江省、さらには全国の製造業の転換とアップグレードに重要な技術サポートを提供します。

さらに読む:
《ロケットエンジン型金属3Dプリンターが発売！》速度は1,000倍になり、価格は199万から。
《コールドスプレー法による新しい金属3Dプリントプロセス：速度が100倍に向上、成形サイズが約10メートルに》

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3DPRINTING INDUSTRYより編集

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