中国航空宇宙科学産業公司第三アカデミー第239工場金属積層造形チームの新技術開発に関する補足情報

出典：中国航天科技集団第239工場

はじめに: 航空宇宙モデルの開発段階ではモデルの変更が頻繁に発生します。急速な開発のニーズにどう応えればよいでしょうか?付加製造技術は、3次元モデルから製品まで直接金型なしで成形することができ、精密で複雑な航空宇宙製品の迅速な開発と高品質で効率的な製造のための最良の技術的アプローチの1つです。

中国航空科学産業公司第三科学院239工場は2015年に金属積層造形技術を開発して以来、大型部品のアーク積層造形や特殊形状の薄肉複雑部品の4ビームレーザー選択積層造形の形状制御などの主要技術で相次いでブレークスルーを達成し、高品質開発の目標に向けて活発な実践を開始した。南極熊は最近、239工場のアーク付加製造および複合製造の関連技術成果が2021年省および部署賞の一等賞を受賞したことを知った。先進的な製造技術の応用を深め、企業の革新的発展を促進するための努力が十分に実を結んだ。

△「バドミントンチャンピオンは誰だ」とペンホルダーの工芸品は、レーザー選択溶融積層造形法で作られています。バドミントンとラケットは本物そっくりで、壁の厚さはわずか1.0mmで、ハイテクノロジーがもたらす洗練感を十分に発揮しています。
中国にそのようなものがなければ、私たち自身で開発します
2015年、ファクトリー239の主任プロセスエンジニアである張鉄軍氏は、先進的な製造技術を調査するためにチームを率いて華中科技大学を訪れました。「アークヒューズ積層造形技術は、組立工場の効率的で低コストの研究と生産の需要に合致しています。また、当社の『差別化、コア指向、ハイエンド指向、優位性指向、産業化』という技術開発戦略にも合致しています。この新技術を導入する必要があります。」張鉄軍氏は、できるだけ早く国内初のエンジニアリング用途のアークヒューズ積層造形装置を開発するために、実現可能性調査などの作業を直ちに組織することを決定しました。

「当時、中国には商用のアーク積層造形ソフトウェアがなかったので、私たちが独自に開発しました。金属積層造形チームにはプロセスとソフトウェアの両方を理解している人がいなかったため、最初は非常に困難でした」と、239積層造形部門の主任プロセスエンジニア兼研究者である王志民氏は語る。

「わからなくても大丈夫です。概略図を描いて、ソフトウェアのフレームワークと技術的な詳細を一緒に話し合うことができます。」添加剤プロセス技術者の何志氏はチームを率いて、アーク添加剤の自動制御ソフトウェアの開発、添加剤アルミニウム合金の内部気孔抑制、大型構造部品の成形精度と変形制御など、いくつかの重要な技術を迅速に突破しました。

アーク積層造形技術は、従来のアーク溶接から発展した技術です。アーク熱を利用してワイヤーを溶かし、所定の軌道に沿って層ごとに積み重ねて金属構造部品を作ります。開発サイクルが短く、堆積効率が高く、設備コストと運用コストが低く、材料利用率が高いという特徴があります。

239工場は、アーク積層造形技術に加え、2018年に世界最大の4ビームレーザー選択溶融積層造形装置の開発に成功し、国際的にエンジニアリング用途に適用できる最大の成形サイズのハイエンド4ビームレーザー選択溶融装置の統合製造におけるギャップを埋めました。

レーザー選択溶融技術が実戦テストに合格 企業にとっての最終的な目標は、モデル製品テストを通じて新しいテクノロジーを検証することです。かつて、積層造形技術チームは、新しい積層造形プロセス計画、新しい積層造形プロセスパラメータ、および新しい熱処理システムを開発するというタスクを受け取り、チームに課題をもたらしました。

「この構造は将来の製品を象徴するものだ。この難しい問題に取り組めば、新モデルの開発をより良くサポートできるのは間違いない」と特殊加工センター所長の李宏偉氏は語った。「この場所は間違いなく変形します。これを固定する方法を見つけなければなりません。」工場に入社したばかりの蘇江州と甘建寧は、シミュレーションされた雲マップに基づいて最適化計画を話し合った。プロセス担当者は大胆なイノベーションを起こし、設計に「弱体化したスケルトン＋ドット充填」の組み合わせを活用し、数値シミュレーションを使用して印刷前に変形の傾向を予測しました。

チームメンバーは、レーザー選択溶融積層造形のプロセスパラメータを探索し、製品の全体的な積層造形配置計画の数値シミュレーション解析を実施し、サポート計画を繰り返し最適化し、積層造形の経験を活かして、積層造形配置角度とサポート計画設計の最適化を通じて、変形や割れなどの技術的問題を解決しました。

これまで、レーザー選択積層造形法とアーク積層造形法で形成された部品は、第三アカデミー内の多くの製品に広く使用されており、他の航空宇宙製品や企業にも応用され、評価と検証に合格しています。独自に開発したアークヒューズ装置も設置・適用します。

勢いに乗って積層造形のデジタルレイアウトを加速
239工場では、積層造形コア設備の研究開発が現在も継続中であり、今後は積層造形材料、マルチヘッドアレイアーク材料など、数多くのコア設備が徐々に開発され、他者支配の状況から脱却し、「Made in China」をさらに推進して「中国スマート製造」の新たな高みへと到達する。

239工場は、第14次5カ年計画後期のミッション要求に応えて、モデルミッション要求と技術推進の結合を堅持し、アーク積層造形、レーザー選択積層造形、レーザー溶融堆積積層造形、電子ビーム選択積層造形など主流の金属積層造形技術のデジタル生産ラインを構築する計画である。同時に、モデル設計、シミュレーション、成形製造、後処理など積層造形に関する技術力を構築し、5Gなどのデジタル手段を駆使して、大規模、低コスト、高品質、高速、移転可能な積層造形技術システムを確立する。

△このプロジェクトは、当時世界最大の4ビームレーザー選択溶融積層造形装置を革新的に開発し、成形面積は800mm×800mmに達し、国際的にエンジニアリング用途に適用できる大型装置のギャップを埋めました。
ファクトリー 239 では現在、自動基板クランプ、自動パウダー塗布、自動パウダークリーニング、自動サポートなどの印刷プロセスの自動化に取り組んでいます。付加製造技術者の李鵬氏は、ロボットや組立ラインはある程度まで人の手を解放したが、結局のところそれらは人を助ける機械に過ぎず、デジタル製造は自動化と同一視できないと述べた。

積層造形は成長期に入っているものの、全体としての積層造形技術は依然として多くの技術的課題に直面しています。「コストは、積層造形技術の大規模推進を制限する主な要因です。」何志氏は、積層造形は製品開発段階での反応速度が速いという独自の利点があるが、コストが高すぎると述べた。大規模な製造が必要になると、鋳造、鍛造、機械加工などの従来のプロセスが依然として使用される可能性がある。

将来を見据えて、239工場は、自主革新と協働革新を組み合わせた新たな技術革新の勢いの創出を加速し、積層造形の専門知識と関連する支援技術力をさらに強化し、積層造形の技術研究と推進および応用を継続的に深化させ、新世代の装備の開発をより良く支援し、国防産業の先進的な製造技術力を強化します。

中国航空宇宙科学産業公司第三アカデミー第239工場金属積層造形チームの新技術開発に関する補足情報

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