張立娟：ドイツのFromnext2024で共有する積層造形技術の開発動向

2024年付加製造産業発展フォーラムと付加製造産業年次会議フォーラムにおいて、山東理工大学教授で国家著名な専門家である張立娟氏が「付加製造技術の発展動向 - 2024年Formnext展示会観覧共有」について報告しました。

張立娟：皆さん、こんにちは。本日は年次総会に出席することができ、大変嬉しく光栄に思います。また、今朝、専門委員会のメンバーに加わらせていただいたことも光栄に思います。ここで、同盟や業界の友人たちがさらなる仕事を行えるよう、私は全力を尽くして支援するつもりであることを述べさせてください。

今日のトピックは、実はスピーチのトピックではありません。先月の今頃、私はフランクフルトに行って Formnext 展示会に参加したからです。ここにいる友人や起業家の友人の多くも展示会に参加して訪れたことがあると思いますが、ほとんどの人は一度も行ったことがありません。そこで私が見たものや、その過程で考えたことを皆さんと一緒に振り返りたいと思います。

まず自己紹介をさせてください。私は山東理工大学の付加製造研究所の執行学部長です。また、東莞理工大学の 3D 印刷およびインテリジェント製造センターの主任科学者も兼任しており、2 つの 3D 印刷チームを率いています。

まず、Formnext 展示会についてお話しします。この展示会の元々の正式名称は、フランクフルト国際精密成形および 3D プリンティング製造展示会でした。現在、3D プリンティングと積層造形に関連する世界最大かつ最も重要な展示会です。我が国もこれを非常に重視しています。すでに中国語版があります。皆さんもご存知のとおり、深センでもFormnext展示会が開催されますが、我が国の重要な企業はフランクフルトに赴いて成果を披露します。

今年の展示会は19日から22日までの4日間開催され、私は4日間とも参加しました。しかし、私がこれに参加したのは2018年が初めてでした。2017年に中国に戻り、2018年に初めて参加しました。これまでに4回行っています。ですから、私はこの展示会についてある程度理解しています。私が展示会に行く目的は、自分の技術や製品を展示することではなく、この分野の研究をしているので、特にこの業界をより直感的に、より身近に理解し、開発者、ユーザー、研究者と密接にコミュニケーションを取り、同時に協力の可能性を見つけたいと考えています。

数については、これは私が数えたものではなく、Formnext 展示会のパンフレットに記載されているデータです。今年は 860 の出展者がおり、そのうち 100 ～ 110 は中国からの出展者です。参加していない人もいるかもしれません。フランクフルト展示センターの外観です。Formnext展は11日と12日に2つの展示ホールで開催されます。

私は皆さんに向けてライブ放送を始めました。たくさんの写真を撮り、たくさんのビデオを録画し、その中で最も関連性が高く、最も興味のあるものを選んで皆さんと共有しました。

これはアメリカのものです。実は、元の会社は社名を変えました。かつてはリーディング企業であり、3Dプリントの応用会社でしたが、今ではサービス会社にも変身し、材料から設備、技術サービスまで、産業チェーン全体をカバーしています。一流企業にサービスを提供するだけでなく、医療など、関連する限り世界中にサービスを提供しています。

私がもっと関心を持っているのは、接着剤射出成形を主流の印刷プロセスに組み込むという新しい技術のリリースです。この印刷プロセスは接着剤の射出ですが、金属材料に使用されます。そのため、設備は現在成熟して商品化されており、印刷された部品も製品に使用されています。

私がこの分野でプロジェクトを手掛けているため注目しているもう 1 つのことは、今皆さんにご紹介している WAAM 積層造形です。これは、アークヒューズ積層造形の創始者である英国の大学のものです。彼らのチームは、WAAM3D という新しい成果を発表しました。印刷された部品のスケールとサイズがすでに非常に大きいことがわかりますが、サイズは実際には装置の問題です。現在、彼らはデュアルフィラメント装置を開発しており、これはマルチマテリアルプリントを意味します。マルチマテリアルプリントは数年前から予測されていた方向性でしたが、現在、彼らはそれを実装し始めています。

ここに示す機器は二重線式機器です。こちらもマルチマテリアルで、鉄と銅でできています。フラウンホーファーなどが共同で開発したものです。このマルチマテリアル製品を作ることができます。このマルチマテリアル製品は大きなものも作れますが、右の写真のような非常に小さなチップも作ることができます。大きいものも小さいものもマルチマテリアルにできる。これも注目です。

EOS は、ポリマーの表面露光用の新しい装置の開発以外に、金属材料プリンターで新たな進歩を遂げたことはありません。ただし、インテリジェントなプロセス監視についてはいくつかの取り組みを行っています。たとえば、粉末床の品質を高速カメラで監視し、閉ループを形成して粉末を再拡散することができます。装置自体に特別なことは何もありませんが、印刷する部品は銅合金で作られており、皆さんご存知のとおり印刷は容易ではありません。

素材面では、イギリスの溶接材料に注目し、マルチマテリアルプリントと組み合わせて、シルクシルクコンビネーションとシルクパウダーコンビネーションを作りました。シルクシルクコンビネーションとは、1つのシルクが別のシルクを包み、シルクが芯を包むことを意味します。たとえば、銅が鋼で包まれたり、銅が他のもので包まれたりします。これは複合合金であり、最終的にこのような構造を形成します。それから、例えばシルクパウダー、素材を強化するために何らかのパウダーを使いたい場合、そのパウダーをシルクで包むという方法もありますが、これも商品化されています。これはシーメンスからのものです。このビデオを見せてもいいか分かりませんが、多機能統合には 4 つの機能があります。最初の機能は、左の写真に示すように、付加製造です。付加製造の後、減算製造を行い、その後精密測定を行います。精密測定の後、再び戻って、複数の精密測定を行います。そのため、測定精度は 5 ミクロンに達することができます。

同じプロセスを使用して、より多くのレイヤーを作成することもできます。右の写真は、材料を減らしてから測定し、再び測定しているところです。すべての測定が完了すると、材料は再び必要なサイズに縮小され、レイヤーが作成されます。材料を追加し、材料を減らし、測定してから材料を減らします。これは多機能統合装置です。これは主に制御精度と装置の制御精度に反映されます。

ここで、当社の邢総経理のZhongke Yuchen氏に会いました。ここも非常に中心的なブースでした。彼は、大型の積層造形装置と水誘導レーザー加工機を持ち込みました。これは、精密レーザーに関する展示会でもありました。これは、展示会でも注目を集めた、弊社のHanbangの歯科用ドリリングおよびマルチレーザー機器です。

NSTM は標準テストです。皆さんご存知のとおり、米国材料試験協会 (Wohlers) は毎年、積層造形レポートを発行しています。そこでも標準の推進を行っています。また、年次レポート用の情報を作成するために、そこで情報とデータを収集しています。

もう一つは非金属分野です。私はセラミックス分野で国家重点研究開発計画を持っているので、これはイスラエルの会社で、主にチップを作っている会社です。チップというのは非常に小さくて高精度です。一番右の写真は補聴器です。これは射出成形、材料射出成形であり、射出により材料が直接噴霧されるため、完全に工業用レベルの設備であり、実験レベルはなく、すべて生産レベルであり、セラミックの印刷に加えて、耐火金属の印刷もできます。

これはセラミック印刷装置を作っているフランスの会社ですが、金属印刷も開発していることに気づきました。右側の高融点金属のサンプルやバラはすべて独自の3DPプロセスを使用して作られており、優れた印刷機能と装置も開発しています。

もう一つ注目したのがオランダの会社です。このオランダの会社は建築印刷に相当します。これらはすべて景観プロジェクトか何かですが、使用する材料が非常に特殊です。そのプロセスは基本的に接着剤ですが、印刷を実現するために産業廃棄物、セラミック、コンクリート、バイオベースの材料、樹皮、竹繊維などを使用しています。印刷サイズが非常に大きいので、この柱は特に背が高いです。これを参考にしました。

これはイギリスの会社です。今朝、ドイツの専門家も言及していましたが、新しいセラミック3Dプリント会社です。生産するセラミックは主に、一部のセラミックや濾過技術、濾過装置の新素材に使用されています。海水淡水化における同社の市場シェアはすでに非常に大きい。

これはオーストリアの陶磁器会社で、マルチマテリアル印刷や連続移行も数多く開発しています。私たちが出会ったもう一つのブースは、金属線などの消耗品を販売している広東省からの大きなブースでした。たくさんのサンプルが展示されており、今朝お話しした小龍包も無料で配布されていました。

私も勤務していた比較的大きな研究機関があります。同軸電子ビーム用の高効率、高速印刷装置を発売し、超高速レーザーも共同で発売しました。彼らが実証したのは、1つの印刷技術ともう1つの装置技術でした。これは、非常に効率的で、位置合わせの問題がない同軸電子ビーム印刷の方向性を示しています。直接位置合わせできます。

展示会に加えて、並行して多くのフォーラムが開催されました。時間の制約により、あまり多くの情報を共有できませんでした。展示会の後の午後6時以降、すべての主要メーカーがいくつかの情報を公開し、いくつかの将来のテクノロジーをデモンストレーションしました。私はそれらすべてに参加できるように最善を尽くしました。

これは私が当時皆さんにお伝えした内容です。全体として、この展示会の規模は拡大しましたが、出展者に関しては、そのスピードは中国市場の成長ほど速くはありません。材料設備や後処理など、金属材料は依然として大部分を占めており、先ほど述べたセラミックの例も、かつてはセラミックを製造していたが現在は高融点金属を製造している企業を含め、金属分野に参入しています。そのため、金属3Dプリント市場は巨大であり、応用シナリオは絶えず拡大しています。

先ほど見たように、粉末材料が依然として主な材料ではありますが、フィラメントやマルチマテリアルもあり、この場合は複数の印刷プロセスが並行して進行しています。

レーザー粉末ベッドに関しては、大型化とマルチレーザーが依然として焦点であり、当初の問題はもはや問題ではありません。中国メーカーを含むほぼすべてのメーカーがこの技術的問題を解決しました。高性能、高効率、低コストは、積層造形ユーザー、研究者、生産者全員が追求する共通の目標です。ヨーロッパやアメリカの展示品の多くには価格が表示されていることから、これに疑いの余地はありません。たとえば、エンジンブレードの場合、印刷にかかった時間、使用された材料の量、最終的なコストが米ドルでいくらだったかが表示されます。価格はすべて提示されており、ユーザーが選択できます。

マルチマテリアルプリントも開発されました。

さまざまな分野では、材料、プロセス、サイズの観点から、さまざまなプロセスのインテリジェンスと自動化があります。印刷 +粉末、添加剤 +添加剤も、これらの領域で技術的な進歩を示しています。小規模で、精度の要件はますます高くなっています。3D印刷技術は徐々にターミナル製品で使用されているため、処理を減らし、その後のプロセスを可能な限り短縮しようとしています。

また、2015年には中国の出展社数は30社未満でしたが、2024年には100社以上に増加しました。行きたいのにまだ行っていない中国の出展社がまだたくさんあることは知っています。しかし、現在参加している100社以上の出展社は、設備、材料、ソフトウェアなど、すべて積層造形に関連しています。産業用設備と消費者向け設備は同期して発展しており、展示されている印刷材料は依然として主に金属とポリマーです。アクセサリーやサービスプロバイダーも展示会に初登場しました。アクセサリーとは、設備アクセサリー、後処理アクセサリーなどを指します。市場全体の発展速度については、先ほども言ったように、中国の発展速度は国際平均よりも速いです。これは私の個人的な強い感覚です。同時に、付加製造技術の技術成熟度と市場成熟度はますます成熟しており、着実に向上していると感じています。

大手の有力企業が成長・拡大を続ける一方、革新的な小規模企業も数多く誕生しています。今後、技術の成熟度、生産性、産業の成熟度が継続的に向上するにつれて、積層造形市場は成長を続けると予想されます。誰もがこれについて楽観的です。同時に、コストは引き続き低下します。これによりもたらされる対応する技術的および経済的課題を解決するには、業界と研究開発部門の共同の取り組みが必要です。これは一方的なものではありません。また、その適用性は、積層造形技術を従来の製造技術に置き換えることができるということを意味するものではありません。積層造形技術自体の利点と、それが製品にもたらす付加価値と革新性を評価する必要があります。現在の応用状況は、プロトタイプ開発、ラピッドツーリング、および端末製品に使用されていることです。積層造形の差別化に対する理解はますます明確になり、積層造形プロセスに対応するアプリケーションを正確に選択できます。

業界の発展の傾向について言えば、私は個人的には合併と統合だと考えています。このような傾向は、強いものを合併して団結することであり、統合は互いの長所を学び、互いの弱点を克服することです。このような状況でのみ、業界はより大きく、より強くなることができます。同時に、多くのAI技術が注目されており、特にフランソワ・ホッファーらは、多くのAI技術が積層造形に応用されていることを実証しています。これは、今後または近年の重要な発展傾向でもあります。

これが私の印象です。30秒ほどお時間をいただき、私のチームを紹介させてください。私は金属とセラミックの3Dプリントに携わっています。この技術は、SLM、BG、アークヒューズ、セラミック光硬化など、私たちの主流の技術です。これは、科学技術部の先進構造および複合材料特別プロジェクトの3Dプリントプロジェクトなど、いくつかのプロジェクトによってサポートされています。さらに、広東省には基礎的かつ大規模な基礎研究プロジェクトがあり、積層造形の材料とプロセスを研究しています。これは応用基礎プロジェクトです。山東省には、セラミックとセラミック印刷装置、および傾斜材料と金属傾斜材料を対象とした大規模なイノベーションエンジニアリングプロジェクトがあります。

最後に、ご清聴ありがとうございました。ぜひ淄博バーベキューシティと東莞松山湖を訪れて、ガイドと交流をお楽しみください。ありがとうございました！

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