偉大な国の才能は一粒の粉から始まる——AVIC Mateのゼネラルマネージャー、高正江氏へのインタビュー

先日終了した中国共産党第19回全国代表大会では、3Dプリント産業の発展が再び報告書の焦点の一つとなった。市場予測によると、中国の3Dプリント市場は今後数年間で約40％の成長率を維持し、2018年までに200億人民元を超えると予想されています。このような発展の勢いがあるにもかかわらず、業界の発展については不安が残ります。 3Dプリントの全プロセスには、原材料、設備、設計、成形、後処理が含まれます。これまで、業界は設計、成形、後処理プロセスに重点を置いており、原材料と設備の開発は開発を制限する主な要因の1つとなっていました。原材料と設備のボトルネックをいかに解決し、業界の急速な発展を促進するかが、すべての 3D プリンティング実践者が直面する問題となっています。

右から1人目はMaterials+の方鵬さん、2人目はAVIC Mateの総経理の高正江さんです。Materials+のハン・シュオさんです。先日、Materials+の記者が中国非鉄ニュース、潘延祥、淮金の記者とともに、AVIC Mate粉末冶金技術（北京）有限公司の総経理の高正江さんにインタビューし、上記の質問に対する答えを得ました。

AVIC Mate社は軍事研究所出身の材料職人グループによって設立され、3Dプリント金属粉末材料調製技術と完全な設備の研究開発に注力しています。わずか2年で、VIGA、EIGA、PREPなどの先進的な3Dプリント球状金属粉末調製の主要技術で画期的な進歩を遂げ、AMS、ASTMなどの標準を満たす合金粉末材料を開発しました。このタイプの材料は、わが国の航空宇宙および医療分野の金属3Dプリントプロセスで成功裏に使用され、ヨーロッパや米国にも輸出され、欧米の粉末会社の市場独占と技術封鎖を打ち破りました。 AVIC MateはEOS、SAFRAN、GKNなどと協力関係を確立しており、中国の3Dプリント材料企業が世界的な競争に参加するための重要な力の一つとなっています。

1科学研究から産業化へ - 技術革新に焦点を当て、束縛から解放される
20年以上前、我が国では3Dプリンティングの分野における研究と成果の変革が始まりました。近年、国の強力な支援と市場の促進により、金属3Dプリント技術は急速に発展し、幅広い応用の見通しを持っています。江蘇省の人々の生まれながらの鋭い嗅覚を持つゼネラルマネージャーの Gao Zhengjiang 氏は、自身の専攻である金属粉末材料の 3D プリント応用分野に大きな発展のチャンスを見出しました。

2015年、彼は決意を固めて自分のビジネスを始めることにしました。高正江総経理は記者団に次のように語った。「わが国の基礎粉末材料産業は長年にわたり国家の支援を受けてきたが、技術成果は主に機関や大学に集中しており、技術成果の移転と転化が不十分だ。ハイエンドの粉末材料市場は先進国の大企業によって独占されている。現在、新興の3Dプリント金属粉末の重要な基礎材料は基本的に輸入に依存している。」
我が国の金属粉末技術産業は近年一定の成果を上げていますが、古い欧米の企業と比較すると、製品の品質と種類には依然として大きな差があります。これは主に次の2つの理由によるものです。第一に、欧米の高級球状金属粉末材料の製造は工業生産と応用の段階に入っているのに対し、中国ではまだ小ロットの研究開発段階にあります。そのため、コストと品質の安定性の面では、わが国の競争力は明らかに不十分です。第二に、欧米の粉末会社は3Dプリントの応用について非常に体系的な研究を行っており、プリンター設備メーカーも粉末原料の徹底的な開発を行っており、材料、設備、応用技術の完全なシステムを形成していますが、わが国ではこの3つの側面が断絶しており、ギャップがあり、応用研究はしばしば粗雑で不注意です。 ”

AVIC Mateは、この不利な状況を見て、設立以来、先進的な球状金属粉末材料の製造と3Dプリント応用技術の研究に注力し、材料製造と応用技術の飛躍的進歩を達成するために多額の資金と人的資源を投入してきました。 AVIC Mate の急速な進歩は、同社の科学研究チームが航空宇宙材料研究所で金属粉末材料とその製品の研究開発に長年携わってきた経験によるものです。

記者がAVIC Mateの技術革新について言及すると、高部長はコンピューターを開いてこう言った。「誰かに首を絞められるのは気分が悪いですね。」誰もが知っている射出成形業界を例に挙げると、一般的な原料粉末の供給は10年以上にわたって欧米の大手企業によって管理されてきました。当初、我が国は海外から射出成形設備を導入するために多額の費用を費やしましたが、設備を導入した後も、補助原材料を高額で輸入する必要がありました。現在、我が国の金属3Dプリント業界は依然として射出成形という古い道を歩んでいます。大手の積層造形研究センターや3Dプリント企業は、ドイツのEOSなど海外から機器を輸入するために多額の費用を費やしており、印刷原料粉末のカスタマイズも求められています。ご予約がない場合、デバイスのソフトウェアロックを解除できないか、アフターサービスが提供されません。したがって、わが国の金属 3D プリント技術産業の発展には、現地化、そして包括的な現地化が緊急に必要です。

1 つ目は材料、設備、ソフトウェアのローカライズであり、最後は応用技術のローカライズです。ローカライズを達成するには、私たちの優れた調整と共同の努力が必要です。 AVIC Mateは、粉末材料の完全な国産化を実現するために、国産粉末製造設備一式の研究開発を積極的に進め、欧米からの輸入粉末製造設備の数千万元にも及ぶ高価格の独占を根本的に打破しました。インタビュー時点では、AVIC Mate社は大容量のVIGA真空誘導ガスアトマイゼーション粉末製造炉とEIGA電極誘導ガスアトマイゼーション粉末製造炉設備を標準化・モジュール化して開発・生産しており、新たなプラズマ粉末製造技術と設備の開発も進めている。粉末製造技術におけるこの一連のブレークスルーは、我が国における 3D プリント金属粉末材料のローカライズに貢献するでしょう。 AVIC Mateは、小麦粉製造設備のインテリジェント化を実現するために、自動制御と動的監視センシング技術も開発したと報じられている。

2生産と研究の統合プラットフォームの構築 - 産業の発展は標準の確立に基づいていなければならない<br /> 近年、政策の指導と国家プロジェクトの推進により、わが国の付加製造技術は急速に発展し、光硬化、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、熱溶解積層法などのプロセスと設備に優れた基礎を築いています。一部の付加製造技術と製品は、航空宇宙、バイオメディカル、文化創造などの分野で広く使用されています。高性能金属部品の付加製造技術分野は、国際的に先進的なレベルに達しています。しかし、我が国では積層造形基準の整備はまだ始まったばかりです。

国家標準の重要性について、王華明院士はかつてこう述べた。「標準化は、中国の付加製造技術の産業化発展を加速させる上で大きな意義がある。中国の付加製造分野は、多くの標準化のニーズを示している。中国は、より多くの高品質の国家標準を策定することを基礎として、より多くのより良いグループ標準を積極的に提案し、より多くの高品質、高レベルの国際企業と専門家が標準の策定に参加し、標準を通じて中国の付加製造技術の産業化発展を促進できるようにすべきである。」高経理も標準の重要性を認識していた。 AVIC Mateは2年間で30以上の3Dプリント粉末材料の企業標準を策定し、積層造形に関する国家標準と業界標準の議論と策定に積極的に参加し、大量の粉末サンプルデータを提供してきたと紹介した。「業界標準、国家標準、生産標準があれば、3Dプリント金属粉末技術産業の発展はより安定するだろう」と高正江氏は述べた。

3Dプリント金属粉末の応用市場について、高マネージャーは次のように語った。「 3Dプリント金属粉末の応用は、主に航空宇宙、医療、金型、自動車の4つの主要分野に集中しています。」金属3Dプリント粉末は、主に航空宇宙分野で複雑な構造部品を印刷するために使用されます。現代の航空機や宇宙船は、最小限の材料と最軽量の材料で最大限の強度と剛性を実現しようと努めています。そのため、部品は「デューティサイクル」が大きい特殊な形状の設計を採用することが多く、その結果、まるで「くり抜かれた」かのように非常に複雑な構造になります。このような構造は機械加工で製造するのが非常に難しく、材料の 95% が削り取られることもあり、製造サイクルは数か月に及ぶ場合もあり、実現不可能な場合もあります。

航空機エンジンの燃焼室部品、胴体フレームビーム、航空宇宙エンジンのポンプハウジング、宇宙船のグリッド壁パネル密閉キャビンなどの主要部品は、3Dプリント技術と金属粉末材料を使用して、3次元モデルから数層の2次元「シート」に切り出されます。3次元部品の構造がいかに複雑であっても、2次元「シート」を1層ずつ印刷し、積み重ねて接着するだけで、製品を迅速に完成させることができます。自動車産業や金型産業における金属3Dプリント粉末の応用は航空宇宙産業と同様であり、複雑な構造と独特なデザインを持つ部品でもあります。医療分野でも、3Dプリント粉末は明るい未来を秘めていますが、粉末はクラスIIIの医療登録を受ける必要があるため、その応用と推進には時間がかかります。

3. クローズドループ開発チームの構築 - 高品質で低コストの粉末製造技術を使用して、金属 3D プリント業界の急成長に貢献します。<br /> 金属粉末は、金属 3D プリントプロセスにおける直接的かつ基本的な主要原材料です。その品質は、部品の冶金品質を決定する重要な要素の 1 つであり、十分な注意を払う必要があります。金属粉末の品質評価には化学的性質と物理的性質が含まれ、その中で化学的性質が基礎となり、主に化学組成と微量元素の制御が行われます。

レーザーは粉末の微細領域の溶融と凝固にエネルギーを提供しますが、エネルギーの温度勾配は非常に大きく、3つの基本的な問題を解決する必要があります。第1に、大きな温度勾配によって引き起こされる応力亀裂の問題、つまり、冷却と凝固の制御を最適化してから、形状と特性を制御する必要があります。第2に、微量元素の燃え尽きの問題。第3に、現在一般的に使用されている金属粉末はすべて従来の鋳造および鍛造合金グレードであり、その微量元素の調整は主に鋳造および鍛造性能を解決するためであり、レーザー成形の高温勾配条件を考慮していません。一部の元素は、3Dプリント部品の応力集中と亀裂を悪化させるため、専門的な3Dプリント合金材料システムを確立する必要があります。

粉体の物性評価項目としては、一般的に粉体の粒度分布、粉体の球形度、流動性、中空粉、サテライト粉、ゆるい密度などがあります。これらの指標は、金属 3D 印刷プロセスが正常に実装できるかどうか、および冶金品質が適格かどうかを判断するための重要な要素です。粒度分布が不合理な場合、表面粗さが大きく、内部未融合などの問題が発生しやすくなります。球形度、流動性、ゆるい密度が指数要件を満たすことができません。成形プロセス中に穴が発生しやすくなります。粉末サテライトボールや中空粉末などの問題は、部品の内部多孔性欠陥を引き起こす可能性もあります。

輸入3Dプリント金属粉末の価格は依然として高いままですが、その主な理由は2つあります。1つ目は、わが国のハイエンド球状粉末技術産業の発展が遅れており、欧米企業が技術独占と市場封鎖を行っていることです。2つ目は、金属3Dプリントでは粉末原料に特殊な粒子サイズの要件があり、コストが上昇することです。たとえば、SLMプロセスでは、粉末粒子サイズの範囲を15〜45μmまたは15〜53μmと指定しています。粉末製造に関して言えば、この粒子サイズの範囲の収率はわずか30％〜50％です。 AVIC Mateは、先進的な粉末製造技術の突破と低コスト製造技術の開発に力を入れています。先進的なエアロゾルノズルの構造設計の最適化とプロセスパラメータの開発を通じて、微粉末の回収率の向上を実現しました。同時に、多工程複合低コスト製造技術を開発しました。将来、金属粉末の価格が大幅に低下すると予想されており、従来の鋳造および鍛造プロセスコストとの競争において金属3Dプリントに新たな推進力をもたらし、金属3Dプリント業界を爆発的な成長期に導く影響を与えます。

軍事材料研究所出身の起業家として、高正江総経理は「欧米に絶えず追いつき、設備とプロセス技術のボトルネックを突破し、応用技術の研究とコスト管理を強化し、絶えず革新することによってのみ、中国の3Dプリント材料企業は活力と競争力を確保できる」ことをよく知っています。

高マネージャーは、3Dプリント金属粉末の今後の発展は「クローズドループ」開発を形成し実現しなければならないと考えています。このクローズドループは主に「設備プロセス技術-応用技術-コスト管理」で構成される開発クローズドループです。 3D プリント金属粉末技術業界の今後の発展は、次の 3 つの側面に重点が置かれることになります。

1. 主要な製粉設備およびプロセス技術のローカライズ。粉末材料の国産化には、まず、新世代の大容量インテリジェント霧化粉末製造炉設備、超高速プラズマ回転電極粉末製造設備、新型プラズマ粉末製造設備、低コストの超高純度電極誘導霧化粉末製造設備などの開発など、主要な粉末製造設備とそのプロセス技術の国産化の問題を解決し、設備一式の設計製造、プロセスの研究開発、材料開発における独自のコア競争力を形成する必要があります。

2. 金属粉末の応用検証。現在、世界的に有名な金属 3D プリンターブランドはすべて、対応する金属粉末製品を使用しています。わが国の3Dプリント粉末材料企業は、自社の3Dプリント応用技術開発を強化すると同時に、海外に進出し、世界的に有名なプリンター設備メーカーに粉末製品を提供し、欧米ブランド設備の印刷応用開発の取り組みを強化し、自社製品を国際テストに持ち込むことで、製品応用技術のレベルを向上させ、より良い競争優位性を獲得する必要があります。

3. 低コストの製造。低コストの粉末製造は、金属粉末業界の将来の発展における避けられない傾向であり、その鍵は依然として技術の進歩と学際的な技術の学習と改善にあります。

上記の 3 つの開発は、金属粉末産業の急速な発展のための閉ループを形成しており、これは AVIC Metal の開発計画の焦点でもあります。高部長が常に強調してきたように、「技術革新は、人による制約の問題を解決するための中核的な武器です。」

第19回全国代表大会の報告は、産業技術の基礎を強化し、工学部の科学技術革新の成果を支援し、貢献することを指摘した。中核基礎部品、先進的基礎工程、重点基礎材料、産業技術基盤の4つの側面に焦点を当て、産業基盤強化プロジェクトを実施し、産業基盤分野における重要な問題の解決に努めます。我が国の3Dプリント産業の健全かつ急速な発展を実現するためには、基礎材料の問題の解決に重点を置く必要があります。基本的な材料問題が解決されれば、3Dプリントの発展は「設備-原材料-応用」の協調発展を実現できます。

出典: Materials+

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