彼の3Dプリント技術とドリームスカイキャビンは宇宙の夢を追求しています

出典：上海科技

「私たちは主に、高度な製造技術である3Dプリントを行っています。この技術は、あまり認知されておらず、プラスチック製のおもちゃしか作れないと考えられていましたが、ドリームスカイカプセルの数十の金属製品に使用されるようになりました。」
第八航空科学技術アカデミー149工場イノベーションセンター所長、上海工程技術研究センター「複合金属部品付加製造センター」所長、中国機械工学会付加製造支部学術委員、2020年新星の趙凱氏が上海科技に紹介されました。

最近、趙凱の研究チームは一連の付加製造プロセスと設備を開発し、宇宙船の大型軽量荷重支持部品の付加製造を実現しました。製造された製品は一連の評価と検証に合格し、大型製品への適用に成功し、技術の転換を実現しました。

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決して優遇されず、

結果変革を達成するには

打ち上げロケット、宇宙船、その他の分野のハイエンド機器の急速な発展に伴い、低コスト、短いプロセス、高速バッチ生産などの製造機能に対する要件がますます高まっています。

趙凱のチームは、上記のニーズに応えて、インテリジェントな経路計画、多軸リンクの分離、完全な不活性雰囲気保護などの特徴を備えた大型金属部品の積層造形設備と完全なプロセスを独自に開発しました。特に、大型部品の積層造形プロセスにおける応力集中による変形や割れの問題を克服し、1メートルサイズのチタン合金部品や3.6メートルサイズの高強度鋼などの大型部品のワンタイムプリントを実現しました。そのうち、いくつかのチタン合金球形燃料タンクは、衛星などの宇宙船にうまく使用されています。

実は、当初、趙凱氏のチームが開発した技術は好評を得られなかった。「個々の典型的な製品の開発に成功しても、この技術の総合的な応用を拡大することはできません。新しいプロセスや新しい方法をバッチで使用できるかどうかについては、依然として多くの懸念があります」と趙凱氏は述べた。

趙凱氏のチームは、設計者やモデル管理者の懸念を払拭し、航空宇宙製品の信頼性の一貫性の要件を満たすために、関連する特別プロジェクトの支援を受けて、多くの基礎実験検証作業を実施し、原材料から後処理、検査までのフルチェーンプロセス管理方法を策定しました。最終的に、一連のプロセス仕様と技術標準が形成され、宇宙ステーションのドリームスペースモジュールなどのモデルへのこの技術の適用をサポートしました。

「現在、第八航空学院第149工場は、主に打ち上げロケット、宇宙船、戦術兵器地上システムの製造、組み立て、発射場サービスを担当しています。」趙凱氏は、「同時に、同社は有人宇宙飛行や月探査など一連の国家的な重大な工学課題も完了しました。」と紹介した。

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彼は言った、

宇宙飛行士のミッションの前進

「製造分野では、設計はできても製造できない高性能な新製品が数多く存在するため、この分野にもっと投資する必要がある」
趙凱が現在の研究分野に従事している主な理由は、大連理工大学の大学院生時代に航空宇宙分野の先進製造技術に関する研究プロジェクトを実施し、航空宇宙製造分野の研究者としての使命感を実感したためです。

「我が国の航空宇宙技術の急速な発展を目の当たりにすると同時に、他の国々もこの分野での努力を緩めていないこともわかりました」と趙凱さんは言う。「同時に、私が所属していた科学研究チームも、学生が国家の主要な工学分野に専念することを強く支持していました。私の先輩たちも航空宇宙分野で働いていた人が多かったので、就職した時、航空宇宙製造の分野に専念できることは非常に必要であり、誇りに思えると感じました」

有人宇宙計画の実施以来、大多数の航空宇宙従事者は自らの使命を心に留め、重い責任を果たし、特に困難に耐え、戦い、重要な問題に取り組み、犠牲を払うという有人宇宙精神を堅持し、昼夜を問わず科学研究に身を捧げてきました。

趙凱氏の部署は2012年に積層造形の分野の研究を始めました。当初はナイロンなどのプラスチック部品しか印刷できなかったのが、今では高性能な金属部品も開発できるようになったのは、技術的な飛躍です。

「この精神のおかげで我が国の航空宇宙産業は現在の成果を達成できた。また、この精神のおかげで我々は何年も前に国際宇宙ステーションから締め出されていた状態から、徐々に変化し、現在宇宙に独自の宇宙実験室を建設するに至った」と趙凱氏は述べた。

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未来、

AIテクノロジーとの親和性

「私の研究分野における最新のトレンドの 1 つは、機械学習や人工知能などの技術を付加製造に導入することです。」
「積層造形プロセスには材料、構造、複数の物理的分野、化学的分野が関係するため、その製造装置は複数の要素、複数のレベル、スケール間の結合を伴う極めて複雑なシステムです」と趙凱氏は説明した。設計要件に完全に準拠した、一貫性があり、信頼性が高く、高性能な製品生産を実現することは、積層造形にとって依然として大きなボトルネックであり、課題となっています。機械学習や人工知能技術を組み合わせて、極めて複雑な積層造形システムを切り離し、能動的かつ制御可能な形状/特性を備えたインテリジェントな積層造形技術を開発できれば、積層造形技術の材料、プロセス、構造設計、製品品質、サービス有効性の飛躍的な発展と改善に十分な科学技術基盤が築かれることになります。

今後、趙凱チームの科学研究の主なビジョンは、上海の「3+6」産業システム、特に人工知能を主導産業と連携し、人工知能と航空宇宙製造業の深い融合を推進し、航空宇宙製造技術のデジタル変革を推進することです。具体的には、インテリジェント積層造形を出発点として、既存の製造プロセスにおける頻繁な人的介入と手動経験への依存度の高さという問題を克服し、自己収集、自己モデリング、自己診断、自己学習、自己意思決定などのアクティブで制御可能な形状/特性を備えたインテリジェント積層造形装置を開発し、積層造形技術の応用の信頼性を向上させ、積層造形技術の大規模応用を促進します。

国家の発展の要求と複雑な外部課題に直面し、中国の航空宇宙産業の発展は、人材階層の構築に高い要求を課してきました。「私たちのチームが破壊的な新構造と新機能デバイスを創り出し、宇宙大国建設にさらに貢献できることを期待しています」と趙凱氏は述べた。「また、高い理想を持つ若者がもっと多く、航空宇宙などの国家の主要プロジェクトの分野に参加できるようになることを期待しています。私たちは、すべての人に才能を発揮する舞台も提供できると信じています。」

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