サンディテクノロジー：BJ金属積層造形の産業応用

概要：2022年12月20日に開催された「積層造形バインダー噴射技術フォーラム」には、HP、Yizhi、Sandi Technology、Weijie、Desktop Metal、Digital Metalなど多くのメーカーが集まりました。この積層造形バインダー噴射技術フォーラムでは、国内外の有名メーカー数社が、非常に詳細な情報共有と交流を行いました。北京サンディテクノロジー株式会社の製品技術担当副社長である趙昊博士は、「BJ 金属積層造形の産業応用」というテーマについて自身の見解を共有しました。 Sandi Technology の現在の製品技術は何ですか? BJ金属設備技術の特徴は何ですか？ BJ Metal の現在の工業化分野は何ですか?趙昊博士がこの質問にどう答えるか聞いてみましょう。

この共有セッションでは、趙昊博士は主に、Sandi Technologyの製品技術の紹介、積層造形産業の発展、BJ機器技術の紹介、BJの産業化応用に関する議論の4つの側面に焦点を当てました。

1. 製品技術紹介

趙浩博士はまず、同社の基本状況を紹介した。サンディテクノロジーは28年間にわたり、3Dプリントのインテリジェント設備と複雑な金属部品の迅速な製造サービスに注力しており、全国規模の3Dプリント設備ネットワークと分散型製造サービスネットワークを構築し、ユーザーに高品質の製品とソリューションを提供している。 Sandi Technologyは、3DPインクジェット砂型、BJバインダージェット金属などの「ラインスキャン」積層造形技術と設備を独自に開発し、設備ユーザーに完全な積層造形ソリューションを提供し、エンドユーザーには複雑な金属部品の迅速な製造サービスを提供しています。その応用分野には、航空宇宙、自動車、船舶、ポンプとバルブ、エンジニアリング機械、試験機器、科学研究と教育産業などが含まれます。

Sandi Technology の主な製品技術は次のとおりです。

●設備：レーザー3Dプリントシリーズ設備（SLS/SLM）とバインダージェッティングシリーズ設備（3DP/BJM）を含みます。そのうち、BJバインダージェッティングメタルR型設備は主に科学研究に使用され、L型とP型は主に生産に使用されます。

●材質：材質は主に非金属材料と金属材料に分けられます。同時に、同社はステンレス鋼、超硬合金、銅合金など20種類以上の材料に適した5シリーズの接着剤を独自に開発しており、材料に応じてカスタマイズできるため、ほとんどの業界のニーズを満たすことができます。

●製造サービス：金型製造および完成品の納品を行っています。金型製造は主にSLSプロセスと3DPインクジェット砂型プロセスに基づいています。完成品の納品は主に3DP、BJM、SLSなどのラピッドプロトタイピング技術を採用し、金属鋳造、金属焼結、機械加工などと組み合わせて、ハイエンド製造業界の金属完成品に対する急速な市場需要を満たしています。

現在、同社は全国に10か所以上の分散型インテリジェント製造センターを持ち、各省市のユーザーに迅速な製造サービスを提供し、3DP+BJM+PBFのフルサイズ、フルリンク、マルチマテリアルの総合サービス能力を形成しています。本社と研究開発拠点は北京にあり、設備生産拠点は安徽省にあります。陝西省と安徽省に2つの鋳造センターが設立され、3Dプリントと鋳造複合プロセスを通じて完成部品を直接納品することができます。

2. 付加製造産業の発展

3D プリンティングは現在、急速な発展を遂げており、中国の 3D プリンティング市場は年間平均 25% 以上の成長を遂げており、大きな発展の可能性を示しています。国内の政策支援もさらに強化され、「国家付加製造産業発展促進計画」をはじめ、数十の3Dプリント関連政策が導入された。 3D プリントは、複雑な部品を製造し、コストを削減できる総合的な製造プロセスです。新製品の開発段階では、3D プリントは従来の製造プロセスを置き換え、新製品の迅速な提供を実現します。従来の大規模生産と比較すると、これまでのレーザー3Dプリント1.0技術は依然として効率が低く、コストが高いという問題を抱えており、主に航空宇宙や医療などの高付加価値分野で使用されており、大規模生産を行うことは困難です。しかし、ラインスキャン2.0技術の登場により、3Dプリントのコストは大幅に削減され、真の大量生産技術となりました。

3D プリンティング業界は、次の 4 つの主要な発展段階を経てきました。
●1980〜2009年：技術発明の波●2009〜2015年：商用化の波、3Dプリント業界標準の段階的な確立●2016〜2021年：中国の製品チェーンの構築とローカライズ●2022年以降：製品の深い統合、大規模で迅速かつ柔軟な製造アプリケーションへの移行

各種3Dプリント技術とその成熟度から判断すると、3DP砂型急速鋳造プロセスは比較的成熟しており、BJバインダージェッティング技術はまだ十分に産業化されていないものの、すでに産業化前夜にあります。全体の技術プロセスはすでに完了しており、主な焦点は細部処理の探求にあります。

3. BJ機器技術紹介
設備紹介

Sandi Technologyが独自に開発したBJバインダージェッティング金属印刷装置シリーズが10台以上導入され、主に科学研究、MIM業界の新製品開発、複雑な精密部品の小ロット生産に使用されています。この装置は、1200DPIの高解像度印刷、振動ブランキング技術、高密度粉末塗布技術、オンライン監視技術、交換可能な成形シリンダー技術などで大きな進歩を遂げ、国際主流装置の技術レベルに達しました。

現在、Sandi Technologyが独自に開発したBJ設備は、R&Dシリーズと生産シリーズの2つのシリーズに分かれています。 R&D装置J120Rは小型で柔軟性があり、操作が便利なため、大学、研究機関などでの新素材の開発に適しています。R&D装置J380Rは成形サイズが380mmで、小中ロット生産が可能で、セラミック、石膏、無機塩材料の印刷をサポートしています。生産シリーズ設備J380Pは、成形サイズが若干大きくなり、V+精密粉末滴下システム、ダブルローラー複合高密度粉末散布システムなどを搭載し、印刷効率も向上し、解像度もより高いレベルに達しました。成形材料には、金型鋼、工具鋼、セラミック、ニッケル系材料などがあります。

素材紹介

BJバインダージェッティング技術では、材料ごとにバインダーの組成に対する要件が異なります。趙昊博士は、Sandi Technologyにはバインダーの配合を独自に設計する能力があり、新材料や新用途向けのカスタマイズされたバインダーに対する顧客の開発ニーズを満たすことができると述べました。現在、鉄系合金、軽金属合金、有機ガラス、セラミックスなど20種類以上のマトリックス材料に適した一連のBJ特殊接着剤配合の開発に成功しています。

4. 産業応用に関する議論

MIM 業界は現在、BJ バインダージェッティング技術の主な適用シナリオであり、両者のバックエンドプログラムは同じです。 BJバインダージェッティング技術は、グリーン製造における金型の代替となり、新製品の迅速な開発に貢献します。 BJ バインダージェッティング技術を使用すると、プロセスを完了してから金型開発に進むことができるため、金型開放の成功率が向上し、リスクが軽減されます。 BJ バインダージェッティング技術により、新しい材料や新しいアプリケーションの迅速な開発が可能になり、材料や設計の簡単かつ柔軟な置き換えが可能になります。 BJ は、複雑な内部キャビティ構造の小中ロットの金型レス製造と迅速かつ柔軟な製造を完全に実現できます。従来のMIM業界では大型の構造部品の製造が困難でしたが、BJ技術はこの問題をうまく解決できます。さらに、傾斜材料部品の製造により、MIM マルチマテリアル統合の可能性が広がります。

BJバインダージェッティング技術のもう一つの応用シナリオは、内部冷却工具、ドリルビット、複雑な工具本体製品などの最終製品です。粉末冶金技術と組み合わせることで、工具の機械的特性を向上させ、複雑な内部キャビティ構造を実現できます。

さらに、金属3Dプリントのパーソナライズ、カスタマイズ、柔軟性、迅速な製造の幅広い応用ニーズの観点から、例えば、現在Sandi Technologyが製造している3Dプリントチタン合金製インイヤー補聴器は、人体のさまざまな外耳道構造に合わせてカスタマイズでき、より高いレベルの快適性を提供します。従来の製造業には、高い効率性と低コスト、そして市場の需要への迅速な対応という 2 つの基本的な要件があります。これまでのソリューションではこれらすべての要件を満たすことができませんでしたが、BJ プロセスでは上記の要件をすべて同時に満たすことができます。同時に、現在のグローバルサプライチェーンの影響により、オンデマンド製造と「在庫ゼロ」に対する人々の需要が高まっており、この点でBJプロセスは優位性を発揮することができます。

技術的な利点、問題点、課題

●エンドユーザーとして、BJMテクノロジーを選択するかどうかをどのように検討しますか?
趙昊博士はいくつかの参考意見を示しており、ユーザーは生産能力を計算する必要があります。 1 キログラムあたりのコストを計算すると、一般的に MIM よりもわずかに高く、SLM よりもはるかに低いため、BJ プロセスは小中規模のバッチ生産に検討できます。もう 1 つの非常に重要な考慮事項は、小中規模のバッチであり、これによって金型を製造する必要があるかどうかが決まります。最後のポイントは、BJ は互換性が高く、「プラグアンドプレイ」デバイスであるということです。

●現在、BJ技術には主に3つの問題と課題があります。
1. 操作プロセスの自動化：粉末の洗浄と収集には依然として多くの人手が必要です。
2. 焼結精度管理：変形が発生しやすく、複雑な部品の場合は追加のシミュレーション予測作業が必要になります。
3. 空間均一性: 寸法要件が非常に高い部品の場合、重力と気流の影響により、材料の幾何学的特性と物理的特性の一貫性が低下します。これは、薄肉部品や大型部品にとって大きな課題となります。

要約と展望
3D プリンティング業界は急速に発展している業界であり、新世代のラインスキャンテクノロジーは 3D プリンティングの発展に新たな推進力をもたらします。 Sandi Technology は、全国規模のサービスネットワークと BJM の独立したコアテクノロジーを活用し、お客様に高品質の製品とサービスを提供することに尽力しています。 BJM の将来の 3 つの主要な応用シナリオは、MIM 業界、主要応用業界、および急速製造業界です。現在、この技術はまだ応用開発の第一段階にあります。Sandi Technologyは、業界の同業者と協力し、共同開発を模索したいと考えています。

ビデオリンク:

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