王克宏教授：多次元異種アーク金属3Dプリント技術

南極熊は、2021年11月23日に南極理工大学重点実験室長の王克宏教授が招待され、全国大会オンライン講堂で「多次元異種・異質金属部品の制御アーク積層造形技術」に関する基調講演を行ったことを知りました。講義の中で、王克宏教授は、多次元異種・同形部品の重要性と、多次元異種・同形構造の製造におけるアーク積層造形の利点について詳しく説明しました。

王克鴻教授は、科学技術の発展に伴い、金属部品の使用環境はますます厳しくなり、部品に対する総合的な要求もますます高くなっていると指摘した。現在、ほとんどの主要部品には、高強度、高靭性、高剛性だけでなく、優れた耐高温性、耐摩耗性なども求められています。これにより、成形材料の組成、微細構造、マクロ構造に厳しい要件が課せられるだけでなく、

高性能な複合部品の成形を実現するために、南京理工大学の王克宏教授のチームは、バイオニックシェル構造に基づき、制御された電気アークを使用してさまざまな金属材料を成形し、さまざまな組成と構造を持つ多次元の異質で不均質な部品を形成し、高強度、靭性、高耐摩耗性、強力な耐衝撃性などの総合的な特性を備えた金属部品を得ることを提案しました。

貝殻の主な成分は硬い鉱物と柔らかいタンパク質ですが、貝殻は自身の重量をはるかに超える圧力と海底の複雑な水文学の巨大な摩擦に耐えることができ、貝殻は正常に生き残ることができます。これは、貝殻が異なる部分と領域で異なる微細構造を持ち、ミクロレベルの層状と千鳥状の積み重ね構造、メソレベルの層状と重なり構造、マクロレベルの地域モザイク構造を示し、ミクロからマクロまでの多次元の異質性を形成し、貝殻の総合的な性能を効果的に向上させるためです。

これを踏まえて、王克宏教授は、シェルを模倣した多次元異質積層造形の概念を提唱した。すなわち、まず、統合多次元設計によって、異なる領域の異なる構造を決定し、次に、異なる構造（センチメートルレベル）の微細構造に対して異なる設計を実行し、層内重なりを形成し、次に、成形材料とプロセスを制御して、異なる層内の重なり構造にサブミリメートルの層別を形成し、最後に、原子構造と転位分布を制御することで、ミクロンとサブミクロンレベルの構造の絡み合いを形成し、マイクロ、メソ、マクロスケールでの異質性を実現し、高性能金属部品の成形を実現する。

アーク積層造形法では、電気アークを熱源として金属線や粉末を溶かし、溶融金属を液滴の形で所定の経路に沿って連続的に移動させて金属部品を形成します。レーザー、電子ビームなどの方法と比較して、アーク積層造形は成形効率が高く、材料要件が低く、大規模で多次元の異種および同形部品の成形に明らかな利点があります。

これを踏まえて、王克宏教授は多次元異質・異質構造の概念とアーク積層造形技術の長所を組み合わせ、大型で複雑な多次元異質・異質金属部品のアーク積層造形に新たなアイデアを提案した。同教授はこの技術を用いて高強度鋼とステンレス鋼の層状・重なり構造の形成を初めて実現した。比較したところ、この方法で製造した部品の強度は1％増加し、衝撃靭性は約2％増加したことが判明した。

編集：戴一立△ 王克鴻教授の講義のビデオ再生

関連補足:
アーク積層造形に関して、南京イニグマは業界で最も古い企業の一つです。同社は10年間この業界に深く関わっており、設備、プロセス、ソフトウェア、材料を含むアーク積層造形技術のすべてを習得しており、現在中国だけでなく国際的にも主導的な地位を占めています。「国内初のアーク金属3Dプリンター設備専門技能「格智杯」大会が成功裏に開催、主催はエニグマ」 https://www.nanjixiong.com/thread-151741-1-1.html

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