上海易素との独占インタビュー：3Dプリント金型を深く掘り下げ、産業チェーンの改革者になる

南極熊の紹介：現在、金型は産業分野における3Dプリント技術の重要な応用方向となっています。3Dプリントは、射出成形金型、タイヤ金型、靴金型などの製造によく使用されます。これらの金型は、プラスチック製品、タイヤ、靴底、自動車金属部品などの大量生産に使用できます。 3Dプリント金型は内部にコンフォーマルな冷却水路を設計できるため、従来の直穴冷却水路における冷却の不均一性のボトルネックの問題を解決し、金型の冷却時間を大幅に短縮し、生産効率を向上させるため、金型業界の重要な発展トレンドの1つとなっています。

しかし、ここ数年の応用プロセスでは、3Dプリント金型にはまだ克服すべき問題がいくつかあります。この技術と応用は現在どのように進歩していますか?

2023年11月、南極熊は上海易蘇レーザー技術有限公司の副総経理、王立軍氏に独占インタビューを実施しました。

△上海易蘇レーザーテクノロジー株式会社副総経理王立軍氏
01
優れた3Dプリント用金型を作るには、新しい材料を開発する必要がある

上海易素は2007年に設立され、当初は主に金型関連の製造事業に従事していました。金属 3D プリント技術の成熟度が高まるにつれ、コンフォーマル冷却水チャネルが金属金型の製造に新たな発展の方向性をもたらしました。上海易素は2018年に金属3Dプリントの金型分野への応用を研究し始め、最も広く使用されている射出成形金型を出発点として、金型の適合冷却水路を設計し3Dプリントすることで射出成形金型を改良しました。

△3Dプリントコンフォーマル冷却金型の設計図王立軍のチームは、新しく設計された3Dプリントコンフォーマル冷却金型により、射出冷却時間が大幅に短縮されたことに大喜びしました。しかし、その後のテストと使用プロセスで、王立軍は、3Dプリント金型の効率は向上しましたが、耐腐食性と耐疲労性の点で金型が満足のいくものではないことを発見しました。従来の射出成形金型の寿命は50万個の金型（50万個のプラスチック部品を生産）に達することができますが、 3Dプリント金型の寿命は約10万個にすぎません。

△上海易創自動車工場向け3Dプリントコンフォーマル冷却金型王立軍氏は南極熊に次のように語った。「 3Dプリント金型の寿命を延ばすには、新しい材料を開発する必要があります。優れた3Dプリント金型の鋼材には、次の6つの特性が必要です。

① 良好な印刷性能
② 熱伝導性が良く、冷却速度が速い。
③ 優れた機械的性質
④耐摩耗性に優れている
⑤ 耐腐食性（冷却水回路内の冷却水は錆びやすく、詰まりやすく、故障しやすい）
⑥耐疲労寿命（寿命が長いこと）。 ”

業界に参入してから1年以上経ち、上海易素は新素材の開発に着手しました。しかし、新素材の開発は容易なことではなく、しっかりとした学術的背景と多くの研究と実験が必要であり、企業の力だけに頼って早く良い結果を出すことは困難です。王立軍氏はかつて上海金型技術協会の副会長を務め、上海交通大学と良好な協力関係を築いており、金型専用の3Dプリント材料の開発への道を切り開きました。

王立軍氏は次のように述べた。「約2年間の努力を経て、 EM201®高熱伝導性ステンレス鋼粉末、EM191S™高研磨ステンレス鋼粉末、EM191™高耐摩耗ステンレス鋼粉末など、 3Dプリント専用に設計されたさまざまな金属粉末材料を開発しました。これらの材料は、従来の印刷材料の性能をさまざまな側面から向上させ、材料不足のために金型業界が積層造形を広く採用できないという問題点を根本的に解決し、金属積層造形技術の応用と推進を加速させました。特に、EM201®高熱伝導性ステンレス鋼粉末は、中国とヨーロッパで発明特許を取得しています。」

データによれば、 EM201®の熱伝導率は80W/m℃と高く、これは一般的な金型鋼の約4倍に相当します。さらに、この材料は、靭性、硬度、耐亀裂性などの全体的な特性においても非常に優れています。 3D プリントされたコンフォーマル水路と組み合わせて使用すると、その熱伝導率はベリリウム銅に匹敵し、企業に品質の向上、コストの削減、効率の向上を実現する新しい方法を提供します。

王立軍氏は次のように述べた。「実際の応用では、新素材EM201®の効果は広く認められています。例えば、今年、電子タバコの製造において、当社の顧客の一つは一般的な素材を使用しており、金型の冷却時間は14秒でした。EM201®を使用すると、金型の冷却時間は7秒に短縮されました。設計構造は同じですが、冷却効率は50％向上しました。この金型セットだけで、生産能力が月13万個増加し、業界で大ヒットとなりました。さらに、ほとんどの射出成形製品では、EM201®製の金型の寿命は数十万個に達します。現在、この素材を使用したい企業がますます増えており、生産能力の拡大に取り組んでいます。」

日用消費財の包装、医療用品、電子製品などの分野では、製品の需要が数百万個、数千万個に達することも珍しくなく、効率の追求は常に永遠の課題となっています。これにより、Yisu EM201® 材料がその価値を実証する機会が提供されます。

02
3Dプリントダイカスト金型の要件の高まりに向けて

射出成形金型と比較すると、ダイカスト金型では材料に対する要件が高くなります。射出成形金型の使用温度は200～300℃、金型表面温度は100℃以上になります。ダイカストアルミ合金部品を例にとると、溶融アルミの温度は600℃にも達し、ダイカスト金型の表面温度も400℃程度に達します。そのため、2 種類の金型は原材料に対する要件がまったく異なり、3D プリントダイカスト金型用の材料の開発はより困難になります。

王立軍氏は「上海易素はダイカスト金型用の新素材EM213も開発した。この素材は性能が優れている。すでにいくつかの試験を行っており、適切な時期に市場に投入する予定だ」と述べた。

△上海易創3Dプリントダイカスト金型とEM213粉末王立軍氏は「射出成形やダイカスト金型のほか、3Dプリントはブロー成形金型、押し出し成形金型、ホットプレス金型などのサブセグメントでも大きな応用空間と潜在力を持っているが、市場はまだゆっくりと開拓する必要がある」と指摘した。

03
金型用3Dプリンターの研究開発

過去数年間の金型業界における3Dプリントの広範な応用と拡大を通じて、王立軍は、優れた原材料と優れた技術も設備プラットフォームと切り離せないものであることを発見しました。3Dプリンターは、キャリア上で新しい材料と印刷技術を統合できるキャリアです。これら3つは切り離すことのできないものであり、協調して発展し、設備も金型印刷の細分化方向に沿っていなければなりません。

王立軍氏は「当社は金型専用の設備を開発しており、2024年に正式に発売される予定だ。当社の設備はデュアルレーザー金属加工機で、輸入レーザーとガルバノメーターシステムを採用している。具体的な改良を経て、長期安定かつ効率的な生産業務のニーズを満たすことができる。この設備は操作性、成形効率、成形品質において独自の優位性を持っている。当社は材料、設備、プロセスを統合して金型業界向けの特別なソリューションを形成し、業界の変革とアップグレードに組み込み、世界の積層造形への移行を加速させたいと考えている」と述べた。

南極熊によると、上海易素はすでに20台以上の金属3Dプリンターを導入している。同時に、顧客のニーズを満たすために、広東省に50台の金属3Dプリンターを備えた新工場を建設する計画だ。最初のバッチは15台で、毎年数千〜数万個の金型ワークピースを生産する予定だ。

終わり

アンタークティックベアの見解では、3Dプリンターは汎用機時代の発展を経て、細分化されたアプリケーション市場の特殊なニーズに合わせてさまざまなサブセクターに浸透しつつあります。航空宇宙、歯科、医療、金型、一般産業など、各分野ではプリンターの成形サイズ、印刷効率、部品の性能、製品認証、使用コストに対する要求が異なります。市場セグメントに積極的に対応することが現在の開発動向であり、上海イースーは金型分野に深く入り込み、産業チェーンの変革者になりつつあります。

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