アディグルとKIMSが共同で高スループット金属3Dプリントペン技術を開発

この投稿は Bingdun Xiong によって 2023-3-28 08:50 に最後に編集されました。

2023年3月27日、アンタークティックベアは、米国を拠点とする3Dプリント品質管理ソリューション企業であるAddiguruが、韓国材料科学研究院（KIMS）と協力して新しい金属3Dプリント技術を開発し、その技術の特許を取得したと発表したことを知りました。

△金属3Dプリントペンの工程概念図
Addiguru は、AI と機械学習に基づいた 3D プリントの品質監視および制御ソリューションの開発に注力している企業であり、韓国材料科学研究所は先端材料の研究開発を行っている研究機関です。

韓国物質・材料研究院（KIMS）接続技術部のソン・サンウ博士、キム・チャンキュ、ソ・カンミョンが率いるチームは、基礎技術の開発のため、科学技術情報通信部傘下の政府出資研究機関から資金提供を受けた。

彼らは、昌原国立大学機械工学部のチョ・ヨンテ教授とキム・ソク教授が率いる研究チーム、および釜山機械研究センターのチョ・デウォン博士が率いる研究チームと共同でこの目標を達成しました。最終的に、彼らは三次元空間で金属を自由かつ連続的に印刷できる金属3Dプリント技術の開発に成功し、これは重要な技術的進歩であるとチームは主張している。

△本研究成果は、学術誌Advanced Science（IF=17.521）2月号の表紙記事「連続液滴転写による高スループット金属3Dプリントペンの実現」（ポータル）に選出されました。
高スループット金属3Dプリントペン技術

溶接技術を使用した金属 3D プリント製造では、一度に 1 層ずつ構築する有限のプロセスであるため、複雑な構造を実現するには一定の制限があります。溶融金属の流下を防止するため、完全凝固後に次層を積層するため、冷却時間が必要となり、積層条件が限定されるという欠点がある。この課題を解決するため、研究チームはコンピューター解析を行い、対流・伝導に基づいて溶融金属の表面張力と凝固体積を計算し、正確に制御しました。さらに、水平、垂直、傾斜、頭上などあらゆる状況で金属積層造形を行える技術も開発しました。

現在、研究チームが開発した金属3Dプリントペン技術は、溶接ガンの移動方向に沿って3D空間に金属を自由かつ連続的に印刷できるという利点がある。従来のレーザー金属3Dプリントと比較して、設備構築コストが低く、市販の溶接材料を使用して迅速に3Dプリント製造できるため、より経済的です。

研究チームによれば、同研究チームが開発した金属3Dプリントペン技術は、既存のインコネル625ベースのWAAM（ワイヤアーク積層造形）プロセスと比較して延性が24.5%向上するという。 WAAM は、アーク熱源を使用してワイヤ材料を溶接する溶接および 3D プリント技術です。

△この新しいコンセプトは、アークプラズマ熱源に基づく連続液滴転写による高スループット金属3Dプリントプロセスです。
3D自由形状積層造形技術の開発

韓国材料科学研究院のデータによると、2021年時点で韓国国内および海外の3Dプリンター市場規模はそれぞれ82億1,000万ウォン（約4,937万人民元）、21億米ドル（約144億人民元）で、年間平均成長率はそれぞれ10.5％と20％となっている。この研究成果は、金属積層造形の技術的優位性に注目し、それを活用して高付加価値の機械や部品を生産することで、製造業に活力を与えることが期待されています。

「従来の金属積層造形では不可能と思われていた連続積層造形プロセスに、3D自由形状積層造形技術を導入しました」と、この研究を率いたKIMS主任研究員のソン・サンウ氏は語る。「ポリマーを使った既存の3D印刷技術と同様に、既存の金属溶接材料を使って複雑な構造物を簡単に製造することができ、製造業に新たなパラダイムをもたらします。」

この研究成果は、韓国科学技術情報通信部の支援を受けて韓国材料科学研究所が実施した「多目的マイクロモジュール型反応器用多層金属層材料の開発」プロジェクトの一環として達成された。現在、研究チームは原子力、防衛産業等に向けた高付加価値機械・部品の積層造形に関する研究を継続して行っています。

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