中国航空宇宙ニュース：「印刷」エンジンの奇跡 - 第31研究所における積層造形の開発に関する補足情報

2023年12月21日、中国航天新聞の一面には「『印刷』エンジンの奇跡 - 中国航天科学産業集団第三アカデミー第31研究所における積層造形の開発に関する補足情報」と題するニュース記事が掲載され、積層造形という新興分野でチャンスをつかみ、実践を模索し、突破口を開こうとする第31研究所の取り組みが報じられた。

長さ1メートルを超える専用収納ボックスには、銀白色のエンジン部品が溶接の跡も残さず一体化しており、まさに「完璧」といっていいほどだ。これは、粉末材料を徐々に積み重ねて固体部品を製造する方法を使用する、より一般的には3Dプリント技術として知られる31研究所の付加製造技術の応用成果です。

2012年、第31研究所はチャンスを捉え、国際的な先進製造業の発展動向を追って、付加製造業の発展を計画しました。 11年が経過し、研究所は技術革新に頼ってエンジン製造で何度も突破口を開きました。積層造形の応用レベルは国内トップクラスにランクされ、驚くべき技術復興の光景を「印刷」しました。

モデルの需要が技術の進歩を牽引

噴射サポートプレートは、内部に複雑な流路が分散されたエンジン燃料システムの主要部品の 1 つです。燃料が噴射支持板に送られると、まず流路冷却壁を通過し、その後噴射されてエンジンの燃焼に関与します。

手のひらよりも小さいこの部品は、これまで製造が「難しい問題」だった。内部の流路を1工程で加工できないのだ。加工業者は、まず両端にワイヤー穴を開け、ワイヤーカットで流路を切り出し、さらに溶接する必要がある。この方法は、時間と労力がかかるだけでなく、穴を開けるときに間違いが起きやすく、結果として製品が廃棄されることになります。

現在、製品処理サイクルは80％短縮され、生産コストは60％削減され、合格率も大幅に向上しました。流路の形状に制限がなくなり、必要に応じて湾曲や傾斜した形状に製造して、より良い冷却効果を実現できます。これらの変化はすべて、付加製造技術によって生み出された「奇跡」です。

「奇跡」の誕生は順風満帆ではなかった。積層造形技術が初めて導入されたとき、それはまだ未成熟なものでした。 31 研究所にとって、この新興技術は天から与えられた「神の武器」ではなく、むしろ数多くの課題を意味します。

「設備を使って部品を加工する場合、通常は関連マニュアルがあり、問題が発生した場合でも設備メーカーに相談することができます。しかし、積層造形技術が初めて導入されたときは、メーカーですら遭遇したことのない問題が多く、実験中に経験を積み重ねていくしか頼りがありませんでした」と積層造形センターの馬所長は振り返る。

技術的な障害に直面したとき、私たちはそこで止まるべきでしょうか、それとも勇気を出して最初に挑戦すべきでしょうか? 31研究所は、継続的な試行錯誤を経て、最適な解決策を見つけ、亀裂変形や融合不良など、過去に存在した欠陥を補うことに成功しただけでなく、実践を通じて経験と創造性を獲得し、積層造形技術を大型部品の製造へと導きました。

現在、積層造形センターは、モデル要件に従い、航空宇宙エンジン部品の製造課題に焦点を当て、数々の主要技術で画期的な進歩を遂げ、100 種類を超える複雑な構造部品の積層造形を実現しています。

完全な産業チェーンを構築する

最も困難な開始段階を通過した後、第31研究所での積層造形技術の応用は徐々に本格化してきました。

「研究所には昔から『両端は内部、中間は外部、鍵は手の中にある』という格言があります。設計と組み立ては研究所内で完結し、中間部品は外部で製造できますが、鍵となる技術は私たちの手で習得しなければなりません」と馬所長は紹介し、エンジンには複雑な部品があり、産業サプライチェーンの管理において重要なのは一定の生産能力を持つことだとした。

2021年、Institute 31は積層造形の自立生産を推進するための生産ラインの計画を開始しました。マッチング研究開発を主眼とする付加製造センターを設立し、地方政府と積極的に協力して実証ラインを構築し、量産化を模索します。その結果、第31研究所は基本的に完全な付加製造産業チェーンを形成し、プロセス全体にわたる迅速な統合製造能力の構築を実現しました。

「この過程で、国は私たちに多大な支援を提供し、現地化の度合いを高めるための『最後のステップ』を解決しました」と馬所長は語り、2019年から現在までに、付加製造センターは数多くの国家レベルのプロジェクトを主導し、主要な研究ユニットとして各レベルの重要な研究開発計画など10以上のプロジェクトに参加してきたと語った。

国の強力な支援により、積層造形技術は急速な発展を遂げました。瀘州生産ラインは2021年後半に生産を開始し、今年からフル生産に入りました。蘇州工場の建設も始まっており、来年末までに生産ラインが稼働する予定です。

工房で「横たわる」、呼び戻せない

継続的な技術進歩を推進する過程では、人材の育成が重要です。アディティブ・マニュファクチャリング・センターでは、技術に精通し、勉強好きな若い中堅社員が育ち、勤勉さと情熱を持って航空宇宙の精神を実践しています。

チームリーダーの張さん（32歳）は2019年に積層造形技術に携わり始めた。当時、関連するチュートリアル資料は完全ではなかったため、彼は毎晩空き時間を使って、ソフトウェアのサポートパラメータは何なのかを自分で調べていました。それぞれの機能は何ですか?編集後はどのような構造が生成されますか?

彼はゼロからスタートし、試行錯誤しながら手探りで前進した。数か月後、彼はソフトウェア上のコマンドを基本的にすべて習得しました。

「当時は、毎週、自分の学習の進捗状況について馬主任とコミュニケーションをとっていました。二人とも新しいテクノロジーに夢中でした」と張チームリーダーは笑顔で語った。この執着は、積層造形センターの全員に反映されています。かつて、蘆州工業園区の責任者は、「第 31 研究所から出張でここに来る皆さんは、作業場で『横になる』のが大好きで、呼び戻すことができません」と嘆いていました。

まさにこの執念があったからこそ、今年の全国積層造形技能競技会に参加したチームのメンバー4人全員が賞を獲得し、その中でチームリーダーの張さんが最優秀賞を獲得し、国家技術専門家の称号を授与されることになったのです。

職業技能競技プラットフォームの助けを借りて、競技会を通じて学習と訓練を促進し、チームメンバーは実践的な仕事で技能を磨き続け、先進的な電力製造の応用志向の熟練人材チームが形成され始めました。

簡単に「印刷」できるように見えるエンジンの奇跡は、実は航空宇宙労働者の革新、勇気、闘争によって織り合わされています。付加製造という新興技術は、航空宇宙分野に無限の魅力をもたらしています。

出典：中国航空宇宙ニュース、中国航空宇宙科学産業集団第31研究所

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