サンディテクノロジー会長宗貴生氏：3C業界におけるサンディ3Dプリント金属およびセラミックの応用

はじめに: 3D プリント技術の反復的なアップグレードと原材料コストの削減により、3D プリントは効率の向上とコストの削減を継続し、下流の応用分野は拡大し続けています。特に、国内外の大手家電メーカーがスマートフォンや腕時計などの3C製品に3Dプリント技術を導入しているため、折りたたみ式携帯電話ハブカバー、電子時計ケース、携帯電話ミドルフレーム、フレームなどの部品は3Dプリント技術を使用して製造されています。3C消費者向け電子部品（3D3C）の量産における3Dプリント技術の応用は、その浸透を加速させています。

StatistaとWohlersのデータによると、2022年の世界の家電市場規模は約1兆100億米ドル（約7兆2700億人民元）となり、そのうちこの分野の3Dプリンティングの市場規模は21億2700万米ドル（約153億600万人民元）となり、普及率はわずか0.21％程度で、成長の余地は大きい。 CITIC証券のレポート「インテリジェント電気製造業界における3Dプリントの研究：チタン合金と3Dプリント、家電製品から」によると、家電製品分野だけでもチタン合金3Dプリントの市場規模は100億元を超えると予想されており、3Dプリントは家電製品分野で数千億の巨大な発展空間を持っている。
△三迪科技会長の宗貴生博士がフォーラムで基調講演を行いました。2024年3月6日に開催された第12回上海射出成形フォーラムで、北京三迪科技有限公司会長の宗貴生博士は「三迪3Dプリント金属とセラミックスの3C産業への応用」と題する報告を行い、3Cエレクトロニクス分野における3Dプリントの技術研究と応用の進捗状況を振り返り、3Cアプリケーションにおける3Dプリントが直面する問題とボトルネックを分析し、3Cアプリケーションの技術発展方向について議論しました。

3C 製品の製造には、表面品質、部品の平坦性、寸法精度に対する要件が非常に高く、製品の需要が大きく、自動化生産と低コストの要件を満たす必要があります。上記の特徴に基づいて、現在、3C 電子部品の製造には、SLM 選択的レーザー溶融と BJ バインダージェッティングという 2 つの主要な技術プロセスを使用できます。その中で、SLMプロセスは高精度、高複雑性、高密度という特徴があり、BJプロセスは優れた表面品質と寸法精度、高効率、大出力という特徴があります。

△国内外の大手家電メーカーは、携帯電話や腕時計への3Dプリントの応用を計画している。スマートフォンや腕時計に3Dプリント技術を採用することで、高強度で軽量な製品を実現できるほか、生産時間を最適化し、生産コストを削減できる。例えば、あるメーカーは折りたたみ式スクリーンの携帯電話のヒンジカバーにチタン合金の3Dプリントを使用しています。厚さはわずか9.9mmで、強度は50％向上し、重量は62％削減されています。ヒンジ部品の数は92個からわずか4個に削減されています。チタン合金の3Dプリント携帯電話ミドルフレームは、重量を9％削減します。

△3Cエレクトロニクスにおける3Dプリント技術の応用 - スマートウェアラブルがチタン合金材料を使用するのはなぜですか？宗桂生博士は、チタン合金の主な特徴をいくつか分析しました。チタン合金は比強度が高く、アルミニウム合金の1.3倍、マグネシウム合金の1.6倍、ステンレス鋼の3.5倍です。チタン合金は耐熱強度が高く、450〜500℃の温度で長時間使用できます。チタン合金は耐食性、耐酸性、耐アルカリ性、耐大気腐食性に優れており、特に孔食や応力腐食に強いです。チタン合金は低温性能に優れ、格子間元素が極めて少ないチタン合金TA7は、-253℃でも一定の可塑性を維持できます。チタン合金は化学活性が高く、高温で水素や酸素などのガス不純物と化学反応を起こして硬化層を形成できます。

なぜ 3D プリントなのか?宗桂生博士は、まず、チタン合金の従来の機械加工には一定のボトルネックがあると述べました。チタンチップは高温で燃えやすく、熱伝導率が低く、化学親和性が高く、弾性率が低く、冷間硬化現象が激しいため、工具の摩耗、ワークのクランプ変形、部品の疲労強度の低下などの問題を引き起こします。第二に、チタン/アルミニウム複合板の製造にはいくつかの問題があります。従来の固体-固体複合材料の製造方法は、時間、温度、拡散係数などの要因の影響を受けやすく、界面の金属結合品質や材料利用率の低下などの問題が生じます。 3 つ目は、3D プリントにより高度な統合が実現し、組み立て作業が削減されることです。折りたたみ式携帯電話の涙滴型ヒンジを例にとると、130 個を超える部品があり、各部品を正確に位置合わせする必要があり、設計が極めて困難です。モジュールの組み立て技術は複雑で、多くの特許障壁があるため、複数のプロセスを経て完成品の歩留まりは低くなります。第4に、3Dプリントはチタン合金の製造コストを削減し、3Dプリントのためのより大きな市場スペースを解放し、その大規模な応用を促進します。

Sandi Technologyは、グリーンで迅速な製造を重視する3Dプリント総合ソリューションプロバイダーとして、長年のレーザー3Dプリント1.0設備とアプリケーションをベースに、3DPとBJバインダージェット3Dプリント2.0設備、材料、プロセスを独自に習得しています。さまざまなサイズ（ミリメートルからメートルまで）の製品の製造ニーズを満たし、ユーザーにフルサイズ、マルチマテリアル、フルリンクの迅速な製造サービスを提供します。現在、Sandi Technologyは、技術プロセスの独自の研究開発と、著名な3Cメーカーやサプライチェーン企業との産業協力を通じて、3Cエレクトロニクス分野における3Dプリントの応用を模索しています。

△Longyuan Molding SLM選択的レーザー溶融シリーズ設備では、例えば、Sandi SLMを使用してチタンアルミニウム合金の層状複合携帯電話フレームを印刷しており、従来の圧延プロセスと比較してインターフェース強度を40％向上させることができます。 Sandi SLM が印刷したカスタマイズされたインイヤー補聴器は、0.15mm という極厚の壁を持つチタン合金シェルを備えています。軽量で目に見えず、15 倍の強度があり、落下にも強く、安全でアレルギーを起こしません。この製品は国家第二類医療機器登録証を取得し、量産化を実現しました。

△Sandi SLMで印刷されたチタン合金製のカスタマイズされたインイヤー補聴器。Sandi Technologyは、R＆D用のRシリーズや生産用のPシリーズなどのBJバインダージェッティング金属/セラミック成形装置の開発を完了し、数十台の装置を設置して使用しています。鉄系材料、非鉄金属、高温合金、耐火金属、セラミック材料、無機塩、ポリマー材料、食品材料の体系的な材料プロセスの開発を完了し、CAEシミュレーションと予測ソリューションを推進して、多品種小ロットの機敏な製造のニーズに応えました。また、サンディテクノロジーは深セン理工大学と共同で積層造形技術の共同実験室を建設し、同時に深セン清華大学研究院、上海交通大学などの研究機関の関連チームと共同でバインダー射出成形などの材料、プロセス、アプリケーションに関する基礎技術研究を行い、工業用金型、切削工具、3Cエレクトロニクスなどの製品、複雑で特殊な形状の大型セラミック製品などの産業応用を推進しています。

△龍源成形BJバインダー噴射金属/セラミック成形装置

△龍源成形バインダー材料システム 3Dプリントの3C分野への応用について、宗桂生博士は、この応用には大きな市場潜在力があると述べました。現在のSLMとBJ技術は関連する応用展望を持っていますが、製品の寸法精度、表面仕上げ、自動化された大規模生産など、一連の問題がまだ解決される必要があります。 3Cアプリケーションの技術開発方向については、3C専用のSLM装置を開発することで自動化生産を実現できると提案し、将来的には、大規模製造に大きな可能性を秘めたエリアレーザー3Dプリンティング（AL3DP）技術が、3Cおよび大規模製品を実現するための新たな品質生産性になる可能性があり、注目と期待に値すると述べた。
△ Sandi BJバインダージェッティングセラミック応用事例
第16回中国国際粉末冶金、超硬合金、先進セラミックス展示会2024が、3月6日から8日まで上海万博コンプレックスで開催されます。ご見学や交流のために、Sandi Technologyブース（ホールH1 A913）にぜひお立ち寄りください。

サンディテクノロジー会長宗貴生氏：3C業界におけるサンディ3Dプリント金属およびセラミックの応用

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