ファースーン社とキャピタル・エアロスペース・マシナリー社は、直径600mmを超える大型銅合金3DプリントソリューションFS621M-Cuを共同で発売した。

純銅および銅合金は、優れた電気伝導性、熱伝導性、耐腐食性、靭性を備えているため、航空および宇宙エンジンの燃焼室部品の製造に広く使用されています。しかし、近赤外レーザー（波長 1064nm のレーザーなど）に対する高い反射率は、銅金属 3D プリントの分野では大きな課題となっています。

強力な研究開発力と豊富なプロセス革新能力を備えたFarsoon High-Techは、2016年に早くもFS271Mプラットフォームのブロンズ印刷技術で画期的な進歩を遂げ、中国で最初に銅合金3D印刷機能を備えた企業の1つになりました。

2023年、キャピタル航空宇宙機械有限公司はファースンハイテックと提携し、大型金属積層造形ソリューションFS621Mをベースに、業界では珍しい大型のプロ仕様銅合金印刷用積層造形装置FS621M-Cuを共同開発しました。この装置は、レーザー波長1060-1080nmの1000Wイッテルビウム（Yb）ドープレーザー4台を搭載し、CuCrZrなどの高反射材料で作られた大型ワークピースの長期安定印刷の問題をさらに突破しました。

2023年8月、キャピタル航空宇宙機械有限公司は、この設備を使用して、ある種類のロケットエンジン推力室本体の内壁試験片の積層造形を実現することに成功しました。製品の直径は600mm、高さは850mmで、これまで公表された中で最大の一体型積層造形銅合金本体製品です。
この開発の成功により、キャピタル航空宇宙機械株式会社は、大型クロム・ジルコニウム・銅合金のレーザー選択溶融積層造形技術を完全に習得した国内初の企業の 1 つとなりました。この技術革新は、国内の付加製造技術分野におけるギャップを埋め、エンジン生産が革新的な「加速」を実現することに貢献します。

製造上の難しさ：スラストチャンバーの構造が複雑でサイクルが長い<br /> 推力室は液体ロケットエンジンの核心です。極度の温度、圧力、振動、酸化環境下で作動します。液体ロケットエンジンの中で最も複雑で、製造が最も難しく、製造サイクルが最も長い部品です。推力室は通常、サンドイッチ流路設計を採用し、再生冷却方式を採用しています。エンジン作動サイクル中に推進剤を使用して推力室の側壁全体を冷却し、推進剤を加熱するのに十分な壁温度を維持し、噴射効果を向上させます。

積層造形法の使用により、スラストチャンバー本体の製造プロセスが大幅に簡素化され、銅合金ライナーの閉溝チャネル構造の一体成形が実現され、冷却チャネルの形状が最適化され、熱交換性能が向上し、エンジンの全体的な性能が向上します。従来のスピニング+機械加工+ろう付けソリューションと比較して、この製造コストは 75% 削減され、研究開発サイクルは大幅に短縮されます。

銅系合金のレーザー吸収率は、主に環境条件、粉末表面の状態、溶融池の温度、特にレーザーの波長によって決まります。さらに、銅合金は熱伝導率が高く、熱勾配が大きく、熱放散が速いため、加工中に堆積層の剥離やカールが発生しやすく、積層造形法で銅合金を製造するのは困難です。

ソリューション: 高反射材料の安定した印刷を実現
FS621Mは、Farsoon High-Techが2020年に発売した大型金属積層造形システムです。620*620*1100mmの成形シリンダー（ベースプレートを含む）と4レーザーまたは6レーザー構成を備えています。長年の市場検証を経て、累計販売台数は80台を超えています。同種製品の中でトップクラスの市場シェアを維持し、航空宇宙や自動車などの製造業の変革とアップグレードを支援し続けています。

銅合金の印刷ニーズを満たすために、Capital Aerospace Machinery Co., Ltd. は FS621M を特別に最適化し、アップグレードしました。 Farsoon High-Techの協力により、成形チャンバーには反射防止処理が施され、グローバルインテリジェント熱管理システムが装備され、1000W×4の高出力レーザーが配置されました。また、Capital Aerospace Machinery Co., Ltd.は実際の印刷経験に基づいて、高効率プロセスパラメータの完全なセットも特別に開発しました。これらの対策により、高反射材料の印刷の難しさは解決され、銅合金専用の大型装置FS621M-Cuが発売されました。この装置は、CuCrZrなどの高反射材料の長期安定印刷に特に適しています。
試験の結果、FS621M-Cu で作成した試験ブロックの密度は 8.86g/cm³ 以上に達しました。金属顕微鏡で試験ブロックの内部構造を注意深く観察したところ、その構造は非常に緻密であり、フォーマット全体に 60μm を超える穴は見つかりませんでした。

同時に、印刷された引張試験棒の堆積状態での機械的特性を試験したところ、総合的な機械的特性が優れていることが示されました。さらに、印刷されたテストサンプルの熱伝導率もテストされました。テスト結果によると、室温でのサンプルの熱伝導率は345 [W/(m·K)]以上、熱拡散係数は95 (mm²/s)以上、比熱容量は0.35 [J/(g·K)]以上でした。

ロケットエンジンの推力室の溝の構造寸法精度を確保し、一回印刷の成功率を向上させるために、首都航空宇宙機械有限公司は部品の典型的な部分を傍受して印刷検証を行い、溝を研磨して圧力降下を減らし、エンジン性能を向上させました。検証後、最終的に推力室部品全体の印刷に成功しました。スラストチャンバー本体の流路構造のX線スキャンでは、流路の特徴構造が明確で、サイズが均一で、粉末が徹底的に洗浄されており、完成品の品質が優れていることがわかります。

2023年、キャピタル航空宇宙機械有限公司の付加製造チームは、銅合金粉末の品質管理、銅合金レーザー選択成形プロセスの最適化など、一連の技術研究を完了し、国内で初めてクロムジルコニウム銅合金レーザー選択溶融付加製造における技術革新を達成しました。この技術を使用して製造された製品の性能は設計指標より 50% 以上高く、成形部品の寸法精度は大幅に向上し、生産サイクルは驚異的な 15 ～ 20 日に短縮され、コストは従来の生産モデルよりも大幅に削減されます。

AMPOWERは、銅合金の年間成長率が2027年までに46.6%に達すると予測しています。ファルスーン社は、継続的なイノベーションによる付加製造の産業化推進の理念を堅持し、研究開発のイノベーションを継続し、卓越性を追求し、付加製造技術を利用して人類が星と海に到達するという夢を実現するためのさらなる可能性を提供していきます。

ファースーン社とキャピタル・エアロスペース・マシナリー社は、直径600mmを超える大型銅合金3DプリントソリューションFS621M-Cuを共同で発売した。

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