北京理工大学と康碩電機が大型セラミックコア3DプリンターKSJT-3Dを共同開発

出典：人民日報

近年、我が国の科学技術レベルの向上に伴い、航空エンジン技術は大きな進歩を遂げ、航空機の性能が大幅に向上しました。同時に、複雑な空冷式内部空洞構造によるタービンブレードの放熱能力の向上が先進的なエンジン製造の鍵となっており、セラミックコアはそのような内部空洞構造を製造するための中核部品となっています。内部空洞の形状が複雑になればなるほど、冷却効果は向上します。しかし、従来の方法では、複雑な内部空洞構造を持つセラミックコアの加工が困難な場合が多く、セラミック 3D プリント技術がこの問題の効果的な解決策となっています。現在、セラミックコア3Dプリント設備と材料は主に米国、ドイツ、フランス、オーストリアなどの一部の先進国が所有しており、関連するコア技術とソリューションが我が国のセラミックコア3Dプリントの発展を制限する「ボトルネック」問題となっている。

外国の独占を打ち破るために、北京理工大学3Dプリントセンターの陳吉民教授のチームは康碩電機と共同技術研究を行い、大型セラミックコア3Dプリンターと高性能セラミック成形材料を独自に開発しました。現在、この設備は工業生産に投入されており、セラミックコア3Dプリント設備における国内の空白を埋め、セラミック3Dプリントの現地化への道を開き、設備-材料-プロセスの閉ループチェーンの独立した制御を実現しています。関連技術は、我が国の航空宇宙、バイオメディカル、機械電子分野の主要部品製造の国産化を実現する上で、3Dプリントセラミック業界にとって大きな意義を持ち、我が国のセラミック3Dプリントツールソフトウェア、設備、材料、サービス産業チェーンの健全な発展を促進し、外国の技術独占を打破し、我が国のセラミックコアの「ボトルネック」問題を解決する上で積極的な戦略的意義を持っています。

プロジェクト開始から機能実現、設置テスト、試運転、そして最終的に全面承認に至るまで2年を要した。北京理工大学と康碩の研究者は緊密に協力して疫病の影響を克服し、関係部門が組織した専門家の評価に合格した。

当社は中国最大のセラミックコア 3D 印刷装置を設計・製造し、国内のセラミックコア 3D 印刷装置の不足を補いました。この装置は大型の印刷フォーマットを備えており、印刷された部品は焼結後に理論密度の100%に達するほどの密度があり、機械的特性も良好です。開発された印刷材料は、セラミックコアの要件を満たしています。また、ユーザーのニーズに応じてカスタマイズすることもできます。

△セラミック3Dプリント装置の完成品イメージ独自の研究開発により、完全な知的財産権を備えたセラミックコア3Dプリント装置を開発し、多数の特許とソフトウェア著作権を取得しました。この装置は、インテリジェントなスキャンアルゴリズムと開発されたレイヤースキャンソフトウェアを使用しており、サポートフリー構造の製造に使用できます。同時に、このアルゴリズムによりスキャン時間が大幅に短縮され、デバイスの印刷速度が向上します。同時に、設備全体に特許技術（統合トポロジー最適化）設計法を採用し、設備の重量を軽減し、動作速度を向上し、生産コストを削減します。設備に合わせた特殊なセラミック3Dプリント材料を独自開発することで、輸入設備や材料に縛られるボトルネック問題を完全に解消し、使用コストを大幅に削減しました。

北京理工大学3Dプリントセンターの陳吉民教授の研究開発チームの協力を得て独自に開発されたセラミック3Dプリント装置は、精密鋳造、バイオメディカルなどの分野での応用に適しています。現在、国内に同様のセラミックコア成形設備とそれを支えるセラミック材料は存在しません。このプロジェクトで開発された装置は、独立した知的財産権を持つ多数の特許技術を採用し、セラミック3Dプリントの新しい方法を提案・実装し、国内のセラミック3Dプリントの多くのギャップを埋めます。同社が開発したセラミック印刷材料とセラミックコア3D印刷技術は中国でもトップレベルにあります。また、プロジェクトで開発された3Dプリント設備の主な性能指標は国際先進レベルに達し、外国の技術独占を打ち破り、国産セラミック3Dプリント製品の品質を向上させ、航空エンジン用セラミックコアの製造に技術サポートを提供しました。

3D プリントの分野における新興素材として、セラミックは非常に大きな市場を持っています。 SmarTech Publishing の市場見通しによると、過去 10 年間はセラミック 3D プリント技術の実験室または小ロットのテストの段階でした。2028 年までに、セラミック 3D プリント製品の生産額は 11 億米ドルに成長すると予想されています。

セラミック3Dプリントの応用展望は非常に広く、科学研究、医療、産業、建設、宝石などをカバーしています。特に、多くの好ましい特性を備えた先進的なセラミック材料は、航空機エンジン用の3Dプリントセラミックコアやガスタービン中空ブレードなど、航空宇宙および国防分野で必要な材料です。プロジェクトで開発されたセラミック3Dプリント装置は、極めて高い応用価値とエンジニアリング意義を持っています。

現在、北京理工大学と康碩が共同開発したKSJT-3Dセラミック3D印刷装置は量産されており、航空セラミックブレードコア製造、医療用カスタマイズ整形外科インプラント製造、自動車用セラミックフィルター、ジュエリー高級品、フレキシブルエレクトロニクス、半導体デバイスの薄型微細構造などの印刷に応用されています。関連設備と材料は専門家と市場から認められ、セラミック3Dプリントの標準化、規則化、体系化に重要な保証を提供し、設備と材料の主要技術と性能は国際的にトップレベルに達しています。

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