人民日報は、呂炳衡院士による「3Dプリンティング - ハイエンド製造のための強力なツール」という記事を掲載した。

出典：人民日報著者：陸炳恒、中国工程院院士、西安交通大学教授

2022年4月19日、人民日報第20版に、院士の呂炳衡氏による記事「3Dプリント-ハイエンド製造のための強力なツール」が掲載されました。

記事全文はこちらです:

3D プリンティングは、幅広い用途を持つ製造業界で人気の高い技術です。プラスチックやセラミックなどの非金属材料、鋼、アルミニウム合金、チタン合金、耐熱合金などの金属材料、複合材料、生体材料、さらには生命材料まで印刷できます。成形サイズはマイクロナノ部品から10メートルを超える大型航空構造物まで多岐にわたり、現代の製造業の発展と伝統的な製造業のアップグレードと変革に大きなチャンスを提供します。

従来の製造方法と比較すると、3D プリントは概念が大きく異なります。私たちがよく使う製品はすべて立体的です。伝統的な製造方法は金型成形や切削で、等材料製造や減算製造とも呼ばれています。このような材料の製造は、数千年の歴史を持つ、よく知られた鋳造、鍛造、溶接です。四川省の三星堆でも、陝西省の兵馬俑でも、同じ材料製造方法を使用して作られた精巧な青銅器を見ることができます。電気モーターの登場により、それを動力として材料を切断できるようになりました。旋削、フライス加工、平削り、研削の工程で材料が徐々に除去されるため、減算的製造と呼ばれます。上記2つの従来の製造方法と比較すると、私たちが一般的に呼んでいる3Dプリント技術は、1980年代に発明された新しい製造方法です。ツバメが泥を運んで巣を作るのに似ています。材料を少しずつ積み重ねて立体物を作るため、積層造形とも呼ばれています。泥を運ぶツバメや万里の長城は概念的には付加製造と考えられますが、真の付加製造とは、コンピュータ制御の下で設計に従って必要な材料を必要な場所に集積し、形状と特性の制御を実現して初めて実現されます。
製品の設計と製造を強化し、ハイエンド製造業の長期的な進歩を促進します。長年の研究開発を経て、光硬化、粉末焼結、ワイヤ蓄積などの 3D 印刷技術が発明されました。これら 3 つの技術は、液体感光性樹脂の表面をレーザースキャンして固化したり、材料粉末を高エネルギービームでスキャンして焼結したり、熱/アーク/高エネルギービームを使用してワイヤを溶かし、グラフィックプロファイルに従って配置し、プロファイル上に層ごとに積み重ねて 3 次元の固体部品を作成します。情報技術は日々変化しています。3D プリント技術は、コンピューター制御により、さまざまな素材や形状を印刷できるため、産業や日常生活に多くの大きな変化をもたらしています。

製造技術が異なれば、技術的な特徴も異なります。例えば、材料製造の鋳造、鍛造、溶接工程では、金型や砂型が必要になります。サンプルを1つだけ作るだけでは、コストが割に合いません。大量生産に適しています。もちろん、切削は減算的製造法を使用して行うこともできますが、そのプロセスでは材料の無駄が発生します。例えば、航空宇宙製造では、軽量化を実現するために、一部の部品は大きくても軽く、形状が複雑で、材料をできるだけ端に分散させる必要があり、そのためには多くの材料を切り取る必要があります。アルミ合金やチタン合金など一部の貴金属はコストが高くなります。 3D プリンティング技術により、金型、工具、固定具などの生産準備作業が不要になり、新製品開発や初回製造のサイクルが大幅に短縮され、コストが削減されます。さらに、コンピュータ制御により完全なデジタル化が実現し、必要な場所に材料を積み上げることができるため、材料を節約した製造が可能になります。

現在、わが国の多くの企業は製造能力は強いものの、製品開発能力が比較的不十分であり、製造業の発展はバリューチェーンの上位に制限されています。 3D プリントは、この欠点を補い、設計の反復、プロトタイプの作成、評価、分析、改善、大量生産のプロセスを短縮するのに役立ちます。たとえば、航空宇宙などのハイエンド機器の急速な開発と反復的なアップグレードにおいて、3D プリンティングは新製品開発の強力なツールとなっています。

3D プリントは革新的なデザインのための大きなスペースも開きます。従来、設計者は優れたアイデアを持っていても、金型製造の複雑さと切削加工スペースのアクセス性のために、当初のアイデアどおりに設計することができず、大きな部品を数十または数百の小さな部品に分解することしかできず、設計と製造のコストが増加していました。 3D プリンティングは、従来の製造では実現が難しい部品の形状や構造に対応し、構造一体型製造により最適な設計コンセプトを実現します。これにより、設計革新、製品革新、設備革新のための巨大な余地が生まれ、製造業に計り知れない利益をもたらします。例えば、航空機エンジンを生産する大手企業では、製造技術の限界により、製造工程でエンジンの燃料ノズルを 20 個以上の部品に分割する必要がありました。これら20以上の部品は、それぞれがミクロンレベルで製造され、組み立て時に溶接される必要があります。しかし、溶接してしまうと、ミクロンレベルの精度は得られません。その結果、燃料ノズルの製造に一貫性がなくなり、燃料効率を最適化することが困難になります。現在、20 を超える部品を統合的に 3D プリントできるようになり、プロセスが簡素化され、部品の燃費が向上し、製品の競争力が大幅に向上しました。

3D プリントは、複雑な部品の設計と製造に適しているだけでなく、パーソナライズされた製造にも使用できます。情報化の進展に伴い、ますます多くの分野で、組立ラインによる大量生産に代わって、パーソナライズされた製造が採用されるようになっています。家電製品、ウェアラブル電子機器、さらには自動車などの消費者向け製品はますますパーソナライズ化が進んでおり、3D プリンティングはパーソナライズされた製造に特に適しています。たとえば、アスリートの足の形に最適な靴を 3D プリントすると、履き心地が向上し、運動能力が向上します。整形外科手術補助具、歯科矯正、手術モデルなどの精密医療の分野では、3D プリントの応用がますます増えています。 3D プリント医療機器の新製品は、次から次へと登場しています。当初は生体補綴物の製造に使用されていましたが、細胞、組織、臓器のプリント研究にまで用途が拡大しています。将来的には、人間の臓器を再現し、人類に利益をもたらすために使用されるかもしれません。

産業チェーンは拡大を続け、「3Dプリント+」は新たなレベルに到達しました<br /> 世界的な積層造形産業チェーンは絶えず拡大しています。航空宇宙、航行、エネルギーと電力、自動車と鉄道輸送、電子産業、金型製造、医療健康、デジタル創造性、建設などの分野の企業とサービスプロバイダーが、付加製造業界に絶えず参入しています。自動車産業は、航空宇宙、医療などの分野を上回り、プロトタイプ設計、金型製造、3Dプリント部品の大量生産など、3Dプリント技術の最大の応用産業となっています。

3D プリンティングは最先端の科学研究においてもますます重要な役割を果たしています。 3Dプリント技術は、制御可能な条件下で異なる材料を素早く混合し、テストピースや部品を印刷できるため、材料ゲノム法に基づいて新しい合金や新しい複合材料を実験・発明し、より多くの優れた工業用新材料を迅速に開発して、ハイエンド機器や新製品のさまざまなニーズを満たすことができます。近年、傾斜機能材料がますます注目を集めています。さまざまな異なる材料で部品を印刷し、材料を重ね、異なる層に異なる材料を印刷することで、部品は耐摩耗性と耐腐食性の表面、高い強度と優れた靭性の内部、人間の骨のような緩やかなハニカム構造を持つことができます。これにより、製品の重量が軽減されながら剛性が向上します。

現在、付加製造技術の開発と産業化に注力しています。 3Dプリンティングは、我が国の航空宇宙開発や小ロット製造、自動車の急速な開発や軽量化、精密医療、文化創造などの分野で応用されています。イノベーションチェーンと産業チェーンは、まず材料の準備、主流の 3D 印刷プロセスと装置、主要コンポーネント、制御ソフトウェア、さまざまな分野のエンジニアリングアプリケーションで形成されました。昨年、我が国の付加製造産業の成長率は、同時期の世界の成長率を上回りました。わが国では、航空機の着陸装置などの高荷重部品に3Dプリント技術を適用しており、中国初の火星探査車「天問1号」の運搬ロケットエンジンにも3Dプリント部品が多数搭載されています。 3Dプリントは、工程の短い製造技術として、医療用キャビン、ゴーグル、呼吸バルブなどを3Dプリントするなど、COVID-19の流行との戦いでも役割を果たしてきました。

約40年の開発を経て、積層造形は「3Dプリンティング+」の段階に入りました。当初の試作品製造から、直接製造、大量生産へと徐々に発展してきました。形状制御を主な目的としたモデル金型製造から、構造と機能が統合された部品やアセンブリの製造へ、マイクロナノスケールの機能部品の製造から数十メートルの大きさの民間建築物の印刷まで... 付加製造は、変革技術として、高度な製造のための強力なツールであり、インテリジェント製造の重要かつ切り離せない部分です。

「3Dプリンティング+」の徹底的な開発により、積層造形、切削造形、等材料造形が統合され、相互接続されます。さまざまな製造技術がそれぞれ強みを発揮し、協力して我が国を製造大国から製造大国へと前進させています。

人民日報は、呂炳衡院士による「3Dプリンティング - ハイエンド製造のための強力なツール」という記事を掲載した。

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