Huawei が携帯電話を作るように 3D プリンターを作りましょう! ASKA杭州工場訪問

はじめに: 3D 印刷の分野における「ボトルネック」技術に関して言えば、SLM 選択的レーザー溶融金属 3D プリンターで使用されるレーザーおよびガルバノメーターシステム、BJ バインダージェッティング砂/金属 3D プリンターで使用されるプリントヘッドなどのコアコンポーネントは、他の追随を許しません。これらのコア技術は当初、外国企業の手にありました。近年、コア部品分野では国内のごく少数の企業が継続的に研究開発を行ってきた結果、ついにブレークスルーが達成され、国産コア部品を搭載した3Dプリンターも誕生しました。ASKAYは、このブレークスルーの代表的な製品です。

2024年5月、南極熊は砂型3DプリンターメーカーASKAの杭州工場を訪問し、同社がどのようにして3Dプリントの道を歩み始めたのかを深く理解しました。

△ ASKY杭州工場にて、ASKY会長の李明志氏（左）と南極熊の潘雪松氏（右）
CTP装置から始まり、世界トップ3の1つになりました<br /> このアンタークティックベアへの現地訪問中、私たちはASKAの会長である李明志氏に直接迎えられ、ASKAの研究開発および生産施設を見学しました。 Li Mingzhi 氏は Antarctic Bear に対し、ASKAY は実はコンピューターツープレートメーカー (CTP) としてスタートしたと語った。CTP とは、デジタル印刷前のグラフィック情報を印刷版に直接転送する装置である。これらの装置は主に、新聞や雑誌など、大規模な印刷が必要な分野で使用されている。 ASKALEは現在、CTP装置で世界トップ3にランクされています。日本の国際的大手である富士のCTP装置も、ASKALEのOEMブランドで生産されています。 CTP装置では、レーザーを使用してアルミ板に精密彫刻を行う必要があるため、ASKAは精密モーションコントロールのキーテクノロジーを習得し、この精密モーションコントロール技術セットを砂型3Dプリンターの開発に応用しました。
△ASKAのCTP製造工場 △ASKAが日本の富士向けに製造したCTP装置
Huawei が携帯電話を作るように 3D プリンターを作る<br /> 生産棟1階で、ようやくASKAの砂型3Dプリンター生産ラインを目にすることができました。作業員が、1.8メートルの大きさを印刷できる左右両作業の砂箱印刷設備S1800、集中粉末洗浄を備えたStorm T1800およびT2515生産ラインソリューション、輸出向けのBroadcom BTHS2515およびBTHS4025など、複数のモデルの砂型3Dプリンターを組み立てていました。

△ASHK砂型3Dプリンター製造工場△ASHKの集中型粉末洗浄Storm T1800およびT2515生産ラインソリューションは、トラックを介して印刷チャンバーを指定された場所に移動し、粉末洗浄を行います。複数の印刷デバイスは、1セットの粉末洗浄装置と連携しています。これは、従来のファウンドリ生産ラインのアップグレードソリューションではなく、3D プリント生産ライン向けの真のフルプロセスソリューションです。
李明智氏は「国内の他の砂型3Dプリンターメーカーとは異なり、ASKA砂型3Dプリンターの核心は自社開発の圧電プリントヘッドの使用にあります。一方、他のメーカーは輸入ヘッドしか使用できません。ASKAの自社開発プリントヘッドは、HuaweiがKirinチップを使用して携帯電話を製造し、Cheryが自社開発エンジンを使用して自動車を製造するのと同じです。コアコンポーネントは自社の手の中にあります。外国に「窒息」することはできません。」と述べた。

Antarctic Bearによると、ASKAは2012年に圧電インクジェットプリントヘッドの研究開発を開始し、総額数億人民元を投資しており、これは10年間の努力と言える。あちこちで部品を購入し、素早く組み立てて販売して金儲けをするのに比べれば、李明志は明らかにより困難な道を選んだ。多くのコア部品が国内生産されていない理由は、一方では技術的障壁が高く、研究開発投資額が大きいこと、他方では中国にそれを支える加工設備が不足していることである。例えば、チップを生産したいのにリソグラフィーマシンを持っていないとしたら、「料理が上手い人は米なしでは料理ができない」ようなものです。
△3Dプリント圧電ノズルはクリーンルームで生産されています。この小型プリントノズルを開発・生産するために、ASKAは加工設備一式を装備する必要があります。これらの設備は、国際的な大手企業によって独占されているか、国内需要が少ないため人造ではないことがよくあります。 ASKAY は、プリントヘッドの各種部品、オリフィスプレート打ち抜き装置、切断装置、コーティング装置、ホットプレス装置、露光装置、試験装置など、これらの装置を自社で製造することができます。これらの装置は、プリントヘッドの製造のために4階にある2,000平方メートルのクリーンルームに設置されています。さらに、プリントヘッド上のメインチップについても、ASKA 独自のソリューションを提供しています。

△圧電プリントヘッドを開発するために、ASKAは一連の加工設備を構築しました△高速カメラで捉えたインク滴の吐出プロセス多くの困難と長年の継続的な開発を経て、ASKAはついに突破口を開き、国産の圧電プリントヘッドを発売しました。これにより、この分野における国内の格差が解消され、このコアコンポーネントのコストが大幅に削減されました。現在、ASKA のインクジェットプリントヘッドには、512 穴と 1024 穴の 2 種類があり、解像度はそれぞれ 200dpi と 400dpi です。量産された512ノズルは、同社の3D砂型および3Dセラミックプリンターの全製品に使用されています。一部のMEMSプロセス512ノズルは市場セグメントで試行およびテストされており、垂直型の従来の1024ノズルと垂直型MEMS1024も研究開発サンプルの小ロットテスト段階に入っています。自社開発のノズルを使用しているため、3Dプリント材料の特性に合わせてノズル流路の材質を選択でき、材料適合性の面でノズルの寿命が大幅に向上します。さまざまな印刷材料に応じて、さまざまな材料ノズルをカスタマイズし、3D での多様な材料の適用をサポートします。

△ASKA 3Dプリント圧電ノズルと構造
ASKAはなぜ最も困難な道を選んだのか？
ASKALEの研究開発および生産工場を訪問した後、Antarctic Bearは衝撃を受けました。ASKALEがこの小型スプリンクラーを製造するために、実際にこれほど多くのエネルギーと研究開発費を投入するとは予想していませんでした。しかし、他のメーカーは印刷機器を迅速に発売し、できるだけ早く収益を上げようとしているため、アンタークティックベアはまだ疑問を抱いています。しかし、ASKAY は、砂型 3D プリンター数百台とノズル数千個を毎年販売するために、印刷ノズルの開発に数億ドルを投資し、10 年間耐えることを選択しました。その価値はあるのでしょうか?

李明智氏は「これは『ボトルネック』技術です。中国で誰かがやらなければなりません。我々がやらなければ、我々はずっと行き詰まってしまいます。残念なことに、我々がこのプリントヘッドを発売した後、同業者は我々がプリントヘッドを作れるとは信じてくれませんでした。実際、輸入品と比べて、我々のプリントヘッドは性能、互換性、耐用年数、適用コストの面で優位性があります。ASKAのプリントヘッドの寿命は1000億回を超え、砂型機の耐用年数中はプリントヘッドの交換コストも低くなります。そして我々の長期動作検証を経て、このプリントヘッドは将来インクジェット印刷の分野でも使用でき、使用レベルは数万台になるでしょう」と語った。

△ASKAの李明智会長は、苦労して開発したプリントヘッドを手に持っています。圧電プリントヘッドの技術は、日本の富士などごく少数の海外メーカーが保有しているため、3Dプリンター機器メーカーがプリントヘッドをカスタマイズ開発することはほぼ不可能です。独自に開発したノズルがあれば、完全な主導権を握ることができます。

さまざまなインクに適応するために、ASKAY はプリントヘッドの適応開発を数多く行ってきました。エポキシ樹脂インクを例にとると、その粘度は 200 ～ 2000mPa.s であり、流体抵抗が増加します。 AMSKAの3D樹脂専用ノズルは、流路断面積を拡大し、熱循環システム（ノズルが80～100℃で安定して動作するようにする）と高電圧駆動システムを搭載することで、安定した印刷を実現します。

△ASKAがお客様にご提供する砂型3Dプリント装置は、有機酸インクに対して比較的活性な化学的性質を持っており、金属材料を腐食させたり、ポリマー材料を膨潤させたりする可能性があります。この材料を印刷するために、AMSKY硬化剤専用ノズルは、流路材料（単結晶シリコン、ケイ酸塩）を置き換え、バインダー（強酸に耐性）を置き換え、液体が流れる界面に半導体グレードのコーティング（強アルカリ、強酸に耐性）を追加しました。

水性インクの場合、主な溶媒は水であるため、泡が発生しやすくなります。溶質密度が比較的大きく、固形分含有量が比較的高く、沈殿しやすい。 AMSKYセラミック特殊ノズルは、脱気ユニットの追加、還流流路の断面積の拡大、正圧インク供給システムへの変更により、水性インクのインクジェット印刷を実現します。

今後の進路は？南極熊は、SLM選択的レーザー溶融金属3Dプリンターが国産レーザーを採用し始めたのと同じように、BJバインダージェット3Dプリンターも将来国産プリントヘッドを採用するようになると信じています。これは避けられない道です。現在、BJバインダージェット3D印刷技術は成長しており、将来的に大きな可能性を秘めています。この技術は、砂型だけでなく、セラミック、金属、さらにはナイロンなどの材料も印刷できますが、これらはすべて印刷ノズルが必要です。その時、ASKA の長期戦略は本来あるべき姿で真に輝くことになるだろう。

愛海さんの今回の訪問中、南極のクマたちは衝撃を受けただけでなく、期待も満たしていました。李明智氏は圧電印刷ノズルのコア部品の突破口を見ただけでなく、南極熊にもう一つのブラックテクノロジーも披露した。これはSLM金属3D印刷設備のコア部品である。この技術により、8レーザー金属印刷機の価格が大幅に下がると期待されている。今のところはここで皆さんをハラハラさせておきますが、製品が正式にリリースされたら Antarctic Bear が秘密を明かすでしょう。

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