間接3Dプリントにより燃焼室の準備に成功し、ロケットエンジン製造のための高度な製造ソリューションを提供

出典: サブリメーション 3D

付加製造（3D プリント）は工業製造において重要な役割を果たしてきました。特に航空宇宙分野では、新型航空宇宙機器の研究開発サイクルの短縮、材料利用率の向上、高価な戦略物資の節約、製造コストの削減、設計の自由度の向上、部品構造の最適化、重量の軽減、部品の迅速な修理などが可能となり、重要な技術となっています。

3Dプリンティングは、新しい航空宇宙機器の開発における画期的な鍵となる技術となっている。

航空宇宙技術の発展に伴い、ロケット技術も絶えず改善、発展しています。ロケットは高速かつ長距離の輸送手段として、探査、人工衛星、有人宇宙船、宇宙ステーション、ミサイルの打ち上げなどの分野で広く利用されてきました。ロケットは現在、物体を宇宙の速度に到達させ、地球の重力を克服または脱出させ、宇宙空間に送り出すことができる唯一の輸送手段です。ロケットの速度はロケットエンジンの動作によって得られます。

▲米国の再利用可能なファルコンヘビーロケットとそのエンジン（出典：インターネット）
ロケットエンジンの重要な部品である燃焼室は、高温高圧の極端な動作条件下で必要な性能、効率、信頼性を実現する必要があります。スタンピング、機械加工、ろう付け、溶接、その他多くの再加工方法を含む現在の従来技術を使用して、ほぼ完成した燃焼室を短期間でゼロから製造することは不可能です。しかし、金属3Dプリントは、独自の利点により、従来のロケットエンジン製造モデルの低い生産効率、複雑なプロセスルート、長いサイクルなどのボトルネックをうまく打破し、主要なロケット部品の製造レベルと製品性能を向上させることができます。

PEP技術はロケットの主要部品の製造において優れた利点を持っている

中国の航空宇宙産業の高品質な発展を可能にし、将来のロケットエンジンの製造の複雑さを軽減し、時間を節約し、製造および組み立てコストを削減することを目標としています。サブリメーション3Dは独自に開発した高温合金材料を使用し、国内初の粉末押出印刷技術（PEP）を通じて、大規模で複雑な構造の統合設計ロケット燃焼室部品の製造に成功しました。また、航空宇宙産業の厳しい基準を満たすために極めて重要な機能テストでも優れた性能を発揮しました。

▲ロケット燃焼室焼結（出典：Sublimation 3D）
「3Dプリント＋粉末冶金」の間接3Dプリント

PEP技術は、「3Dプリント＋粉末冶金」を組み合わせた金属・セラミック間接3Dプリント技術です。 PEP 技術は低温成形と高温成形の特徴を備えており、製品性能の一貫性を確保できます。 3D プリントの技術的利点を活用することで、銅やタングステンなどの高温合金材料の金型なし成形が可能になります。3D プリントシステムは、粒状材料を加熱して溶融ペーストにし、それを層ごとに押し出して積み重ね、複雑な構造、軽量設計、統合成形を備えたグリーン構造部品を印刷します。その後、脱脂や焼結などの粉末冶金プロセスと組み合わせて後処理を行い、最終的な高性能部品を得ることで、実際の用途のニーズを満たす製品が得られます。

▲粉末押出印刷技術（PEP）
PEPの長所と短所はどちらもその長所となる可能性がある

PEP技術は、レーザーをエネルギー源とする直接金属3Dプリントを合理的に回避し、FDM技術に基づく材料押し出し印刷方法を採用しています。スクリュー押し出しシステムは構造原理がシンプルで、投資コストを効果的に削減できます。しかし、押出ノズルの直径の制限により、製造された製品には一定の表面粗さが残ります。しかし、ロケット燃焼室の設計においては、チャネル内の粗い表面によって冷却剤の熱伝達が大幅に向上するため、これはプラスの役割を果たします。従来製造されたエンジンの中には、人工的な粗さを実現するために燃焼室の通路も特殊な方法で機械加工されるものがあります。この点の欠点は利点となり、その後の処理が削減されました。

大規模で複雑な部品の製造ソリューションを提供

PEP技術の中核システムである大規模産業用独立型デュアルノズルプリンターUPS-556は、独自の形状（中空中間層、中空格子構造、コンフォーマルフローチャネルなど）を自由に設計する機能、特殊形状のトポロジー最適化、軽量設計、マルチコンポーネント統合、および幅広い特殊材料適応機能を備えています。このシステムの単一構造部品の最大成形サイズは500mm×500mm×600mmに達し、従来の大型複雑部品製造工程の難しさや問題点を解決します。また、小型・中型複雑部品の大量生産も実現し、航空宇宙産業にデジタル、短工程、高品質の先進的な積層造形ソリューションを提供します。

▲UPS-556で印刷されたロケット燃焼室グリーンボディ（出典：Sublimation 3D）
PEP技術は航空宇宙機器の高品質な開発を促進する

産業界の輝く宝石である航空宇宙製造部門は、国のあらゆる先進的かつ洗練された技術を統合し、国家戦略計画の実施を可能にしています。現在、中国の航空宇宙企業は3Dプリント技術の導入に迷うことはなく、むしろ3Dプリント技術を通じて航空宇宙製造技術の最先端を維持し、国の重要装備が持つべき強力な力を十分に発揮させる方法を模索することに重点を置いている。

中国の金属/セラミック間接 3D 印刷技術の先駆者およびリーダーとして、Sublimation 3D は印刷装置とコア部品、成形材料、プロセス、ソフトウェアにおける金属/セラミック間接 3D 印刷技術の重要なコア技術を習得しています。当社は、科学研究と教育、工業製造、航空宇宙、軍事防衛、バイオメディカル、自動車、金型製造、新エネルギーなどの分野向けに、材料の開発と準備、3D 印刷装置の研究開発と製造、脱バインダーと焼結プロセスから印刷サービスまで、包括的な高性能間接 3D 印刷ソリューションを提供しています。

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