良い記事ですね！中国における積層造形技術の現状と発展動向に関する詳細な調査

出典: 新素材産業

付加製造

付加製造（「3D プリンティング」）技術は、近年開発された新しい製造技術です。従来の「減算型」製造プロセスとは対照的に、付加製造は3次元デジタルモデルに基づいており、層状製造と材料の層ごとの積み重ねを通じて3次元エンティティを製造します。これは、高度な製造、インテリジェント製造、グリーン製造、新素材、精密制御を統合した新しいテクノロジーです。積層造形技術は、原理的に複雑で特殊な形状の部品の技術的ボトルネックを突破し、材料のミクロ構造とマクロ構造の制御可能な成形を実現しました。従来の「製造主導設計、製造性優先設計、経験に基づく設計」という設計概念を根本的に変え、「設計主導製造、機能性優先設計、トポロジー最適化設計」への転換を真に実現し、業界全体の技術革新の台頭と発展、軍民融合、新興産業、国防に巨大な空間を切り開きました。

本稿では、近年の国内積層造形産業の発展の成果を踏まえ、全国の積層造形産業の発展状況を体系的に整理し、その発展過程で遭遇したボトルネック問題を分析し、中国の積層造形産業の今後の発展動向を探ります。

1. 中国の付加製造産業の発展状況の概要

約30年にわたる科学技術研究を経て、中国の付加製造産業が形になり始めています。積層造形に関する権威ある組織であるWohlers Reportの統計によると、2016年末までに中国の積層造形市場の規模は80億元を超えましたが、2011年には国内の積層造形市場の規模はわずか10億元でした。インターナショナル・データ・グループ（IDG）の予測によると、中国の付加製造産業の規模は今後も少なくとも年間22.3％の成長率を維持し、2020年までに中国の付加製造産業の規模は220億元を超えると予想されている。

1. 付加製造産業の発展の重要性

（１）付加製造は「中国製造2025」を推進する唯一の選択肢である

2015年初頭、わが国の3つの省庁は共同で「国家付加製造産業発展促進計画（2015～2016年）」を発表し、チタン合金や高温合金に代表される付加製造用特殊粉末、レーザー選択溶融法（SLM）、レーザー選択焼結法（SLS）、レーザー溶融堆積法（FDM）などに代表される付加製造用特殊設備を重点育成目標として明確に挙げ、新たな付加製造技術で新たな技術変化の波を捉え、伝統的な製造業の発展を加速することを目指しました。「中国製造2025」では、付加製造をインテリジェント製造設備と製品の開発、製造プロセスのインテリジェント化の推進、主要技術と設備の研究開発の加速の重点分野として明確に挙げています。「産業基盤強化プロジェクト実施ガイドライン（2016～2020年）」と国家「第13次5カ年計画」発展計画では、付加製造産業を重点開発目標として挙げています。付加製造の発展が国家戦略発展のレベルにまで高まり、「中国製造2025」を推進するツールの一つとなったことは疑いの余地がない。

（２）付加製造は産業の変革と高度化を促進するための実際的な必要性である

付加製造は製品イノベーションのための強力なツールですが、従来の製造業は過剰生産能力と深刻な製品開発能力の欠如を抱えており、これが産業発展のボトルネックとなっています。航空整備業界を例にとると、国内の要求は、生産ラインを復旧させることなく古い部品を迅速に修復できること、全面的に再加工することなく新しい部品を修理できること、材料の互換性が良く、修理後の新しい部品の性能要件を満たすこと、多品種、小ロット、散発的、迅速な製造が実現できることなどです。武器や装備を例にとると、陸軍装備部はモデル開発サイクルを10年から3年に短縮し、迅速な製造、迅速な検証、加速された進歩という開発路線に移行することを要求しています。付加製造技術は、部品の迅速な製造と修理の重大なニーズを満たし、現代戦争の「4つの高速」の新しい要求、すなわち迅速な対応、迅速な製造、迅速な修理、戦闘効果の迅速な回復に適応することができます。付加製造技術をさまざまな分野で迅速に推進および応用し、航空宇宙、ガスタービン、ドローン、武器と装備、バイオ医学、自動車製造、文化と教育などの分野に広く浸透します。産業チェーン全体の台頭と発展を効果的に推進し、さらに付加製造技術を導入した戦略的な新興産業クラスターを形成し、経済発展の新たな成長ポイントになります。

（３）付加製造はイノベーション主導の開発を実現するための重要なサポートである

積層造形は、複雑な構造、個性化、多様化製品の迅速な製造に適しています。アプリケーション要件に応じて、最も最適化された設計スキームを採用して最高の製品機能と経済的価値を実現し、従来の技術の「製造可能性」の制約から設計を解放し、革新的な設計のための巨大なスペースを解放し、製品の設計と製造に破壊的な進歩をもたらします。

（4）積層造形は新しい製造モデルを構築するための信頼できるプラットフォームである

積層造形は分散型製造の新しいモデルをもたらします。ネットワークプラットフォームを通じて、いつでもどこでも生産、パーソナライズされた注文、メーカー設計、さらには資金の統合計画と分散実行を実現できます。この生産モデルは、社会資源の利用を効果的に最大化します。同時に、設計から製造、サービスから消費まで、概念と行動の全面的な変化をもたらし、生産と生活の新しいモデルを引き起こします。

2. 積層造形産業の発展の現状

近年、積層造形技術への注目が高まっており、国内でも関連する研究が幅広く深く進展し続けています。科学技術部、工業情報化部、国家国防科学技術工業局などのプロジェクトの支援により、我が国は積層造形のハードウェアシステム、プロセス特性、成形部品の品質などの面で国際先進レベルに部分的に達するか、それに近づいており、海外に追いつく状況を形成しています。例えば、積層造形技術で製造された高性能金属3Dプリント部品は、すでに軍の各種先進航空機に搭載されています。レーザー選択溶融積層造形技術の使用により、ある種類の航空機エンジンの新型中空タービンブレードの設計サイクルが効果的に短縮され、技術反復の時間が当初の1年から1か月未満に短縮されました。SLS技術は、自動車分野でシリンダーブロックやシリンダーヘッドなどの複雑な構造部品の研究開発、設計、迅速製造に広く使用されています。FDM技術は電気メッキに取って代わり、関連する成果が再製造分野で推進され、応用されています。SLS技術はバイオメディカル分野に適用され、2,000件を超える臨床事例の成功を達成しています。文化創造教育の分野では、パーソナライズされたカスタマイズニーズを満たすために、3Dプリントのカスタマイズされたジュエリーが実現されています。多くの国内ユニットは、綿密な研究を実施しており、大学と企業の間の産業と大学の研究協力モデルに依存しているため、Xi'an Jiaotongの西洋国民派の補助団体であるXi'an jiaotongの学者ルー・ビンゲンのチームなど、中国の特性を持つ「3D印刷」道路に乗り出しましたポリテクニカル大学 - Xi'an Polylite Additive Technology Co.、Ltd Huazhong科学技術大学のShi Yusheng教授 - Wuhan Binhu Mechanical and Electrical Technology Industry Co.、およびSouth China University of Technology -Guangzhou Leijia Additive Technology Co.、Ltd.北京航空大学の大型金属部品の添加剤は、多くの主要な技術を突破し、多数の新しい機器、新しい材料、新しいプロセスを開発し、シャング・アリングのザンギャン派の雄編の総合的なアライアンを設立するための国立工学研究所、多数の重要な技術を突破し、四川やその他の場所。

2. 積層造形産業の発展が直面する主な問題

国家政策の強力な支援により、積層造形産業は急速に発展しました。中国は、3Dプリント用の特殊材料や設備、付加製造プロセスや設備の開発、3Dプリントと従来の製造業の協調的発展において大きな進歩を遂げてきました。しかし、欧米の先進国と比較すると、中国の付加製造産業はまだ発展の初期段階にあり、多くの問題と課題に直面しています。

1. 主要原材料は輸入に頼っている

国内では積層造形原料の研究に一定の基盤があるものの、バッチ安定性が悪く、用途が限られており、その多くは依然として輸入に頼らざるを得ない状況です。現在、積層造形用の原材料、特に軍事用の特殊金属やセラミックはすべて輸入されています。米国を筆頭とする西側諸国は、調査を通じて我が国がこれらの原材料を軍事分野で使用していたことを発見した後、直ちに欧州の関連企業と連携し、我が国への高品質の付加製造用原材料の輸出を停止しました。中国が独自に開発した粉末製造設備は技術的に遅れており、高価（数千万元）で、納期も長く（2年以上）、3Dプリント用粉末材料の大量バッチ生産に対応できません。わが国では、主要分野の付加製造の研究開発任務を満たすために、民生用の名目で少量購入することしかできず、調達サイクルが長く、チャネルが不安定で、購入量が限られており、材料の種類が単一である。将来の調達にも大きな潜在的危険があり、主要分野のモデル研究開発任務に深刻な影響を及ぼしている。国内の航空支援企業がXX型航空機に操作棒システムを供給しているとの報道があるが、輸入粉末の妨害によりモデル開発が遅れており、特に国産球状金属粉末の開発が急務となっている。積層造形専用の高品質かつ低コストの原材料の開発により、積層造形技術の主要原材料の完全な独立保証を実現し、他者に支配される状況を打破することができます。

2. 体系的な応用研究の欠如

多数の重要な特殊形状部品は、従来の製造プロセスや組み立てによって制限されるため、積層造形技術を使用した製造が緊急に必要とされています。設備面では、成熟した国内の工業用レーザー3Dプリント設備は、一方では成形サイズが800mm未満であり、大型部品の製造ニーズを満たすことが困難である。他方では、成形工程が少なく、成形効率が低く、適用コストが高いなどの問題が依然として存在する。工程面では、積層造形工程は海外の「クローズドソース」によって厳しく管理されており、材料と設備がセットで販売されている。積層造形、特にレーザー積層造形により、成形材料と構造の組織と欠陥には独自の特殊性があり、気孔、未融合、亀裂などの一般的な欠陥のサイズはミクロン単位であり、従来の方法では検出が困難である。さらに、積層造形部品の組織特性や、総合的な機械特性に影響を与える欠陥の種類、分布、サイズの研究と評価には、体系的な応用研究が欠けている。これらの問題により、積層造形技術の応用は深刻な制限を受けている。

3. 熱処理技術と設備の不足

金属積層造形部品のその後の熱処理についてはほとんど注目されておらず、基礎研究もほとんど行われていません。主要部品を根本的に変更できるかどうかは、熱処理技術と設備に大きく依存します。国内企業は常に「熱よりも冷却を重視」しており、従来のプロセスにおける熱処理の研究は十分ではなく、積層造形部品の特殊な熱処理の設計はなおさらです。国内の積層造形企業は、組織のパフォーマンスの規制に関連する積層造形後処理システムと設備、特に熱間静水圧プレスやオープンダイ鍛造などの後続の緻密化処理とその後の熱処理プロセスの標準化を早急に実行し、「機械的特性は鋳造品のレベルに達しているが、鍛造品のレベルには達していない」、「高温耐久性性能は鍛造品の要求に達しているが、鋳造品の要求には達していない」という積層造形部品の困った状況を根本的に解決する必要があります。

4. 包括的な業界標準はまだ形成されていない

米国自動車技術協会が2002年にチタン合金規格「焼鈍Ti-6Al-4Vチタン合金レーザー堆積製品」を発表して以来、米国は積層造形関連の規格を数十件も次々と公布してきました。これらの規格は、粉末、印刷プロセス、後処理を含む積層製造業界のチェーンのほぼ全体をカバーしています。一方、中国では、積層造形プロセスにおける部品の微細構造の特性評価、制御、認証に関する基礎や標準がまだ存在せず、部品の印刷効果は、寸法精度、密度、機械的特性などのマクロ要素を通じてのみ検査できることが多く、微細構造の検証基準が欠如しています。さらに、積層造形部品の全体的な性能を向上させるには、その後の熱処理が必要であることは業界の共通認識です。しかし、積層造形部品の現在の熱処理システムはすべて、従来の鋳造または鍛造の標準に従っており、積層造形プロセスに完全に適用することはできません。その結果、この技術の大規模な推進と応用が制限され、この技術の製品の利点、技術的利点、市場の利点が反映されていません。

5. イノベーションプラットフォームの共同開発が弱い

米国政府は早くも5年前に、100以上の部署と研究機関を組織し、共同で「国立付加製造イノベーションセンター」を設立しました。対照的に、中国では、付加製造産業のための効果的な国家レベルのイノベーションプラットフォームはまだ確立されていません。大企業、大学、研究機関が互いに争っており、産業チェーンは中流（印刷設備の研究開発）に集中しすぎており、研究開発主体は単独で争うだけでは相乗効果を形成できず、積層造形産業チェーン全体の発展に役立っていません。国家の積層造形研究開発-生産-応用産業チェーンのリソースを統合し、統合された規模の発展を実現することが急務です。

6. 専門的な才能の不足

現在、国内の大学や専門学校、その他の機関では、付加製造専攻や関連学科が設けられておらず、科学普及的な性質の「興味コース」やインターンシップのみが設置されている。専門的な人材が不足しており、科学研究能力が弱い。不合理な人員構成と総合的な人材の不足は、積層造形産業の発展に影響を与える重要な要因です。中国の付加製造分野の人材総数は不足しており、ハイエンド人材や専門人材は比較的少なく、学歴や技術職の資格も高くなく、先進国との差は大きい。

3. 積層造形の業界動向

1. 主要原材料の輸入代替

積層造形用の特殊原材料は、産業チェーンの発展において最も重要な要素の 1 つです。原材料の問題が解決されて初めて、積層造形産業は健全かつ秩序ある形で発展することができます。私たちは、独立した制御可能な添加剤の製造のための金属、非金属、医療材料の研究、生産、大規模な材料の研究、生産、および大規模な材料の緊急に必要な主要な技術と機器を突破するよう努め、新しいプラズマロータム化パウダーメイキングテクノロジー（N-PREPおよび純粋なガス原子化パウダーメイキングテクノロジーと装備を導入し、特別な環境に到達するための到達方法を達成することに焦点を当てます;既存の印刷可能な材料の基本的な特性を改善し、添加剤の製造プロセスで使用できる原材料の範囲を評価し、現在印刷できない原材料（7シリーズのアルミニウム合金など）を解決し、材料の真の材料を開発するために適切な材料を含む材料の添加物、材料の材料の添加物を含む。さまざまな材料を確立し、関連するデータベースを確立します。

2. 世界的に有名なブランドを創り出す印刷設備

航空宇宙、ガスタービン、ドローン、武器・装備、バイオメディカル、自動車製造、文化・教育などの重点産業に注力し、選択的レーザー焼結法（SLS）、選択的レーザー溶融法（SLM）、レーザークラッディング（LCD）、ステレオリソグラフィー（SLA）をカバーする多様な3Dプリントシステムと設備の研究開発・製造システムを構築します。複数の応用分野に信頼性と安定性を備えた国産の独立制御可能な設備を提供し、製品の成形速度、効率、精度、表面粗さなどの指標を向上させ、新しい産業モデルを開発し、従来の製造プロセスと組み合わせることで相互補完的な優位性を獲得し、国際的に有名なブランドを創出し、国際産業グレードの3Dプリント設備業界の主導権を握ります。

3. 基本データベースの構築

コンピュータ支援設計モデリング技術、構造トポロジー最適化と3Dプリントのドッキング技術、軽量化技術、3Dプリントリバースエンジニアリング技術のブレークスルーに焦点を当て、弾頭コンポーネントの全体構造（複雑な内部構造を含む）を最適化およびトポロジー設計することで、より多くの材料を節約し、コンポーネント自体の品質を下げ、主要コンポーネントの全体的なパフォーマンスを向上させます。レーザー形状制御とその後の熱処理組織制御の主要技術のブレークスルーに焦点を当て、成形プロセス条件とコンポーネントの寸法精度および性能指標との相関関係を明らかにし、コンポーネント成形プロセスにおける精度管理、欠陥管理、性能管理などの問題を解決し、材料-設計-プロセス-設備データベースを確立し、積層造形の主要コンポーネントの局在レベルを向上させます。

4. 標準化構造の改善

典型的な積層造形プロセスと関連市場標準に焦点を当て、積層造形業界標準の「リーダー」作業モデルの確立を模索し、評価が必要な積層造形標準の主な技術指標の内容と分類を決定し、積層造形「リーダー」標準の評価方法を策定し、「リーダー」パイロット作業を実施し、市場が「リーダー」標準に基づく積層造形製品とサービスを優先するように導き、徐々に積極的なインセンティブメカニズムを形成し、技術革新-標準開発-産業アップグレードの協調的発展の好循環の形成を促進します。

5. 産業応用の規模の拡大

産業チェーン全体で積層造形製品の生産と応用規模を加速・推進する。製品は基本的に航空宇宙、ガスタービン、ドローン、武器・装備、バイオメディカル、自動車製造、文化・教育などの重点分野の使用ニーズを満たす。2020年までに、航空宇宙、ガスタービン、ドローン、武器・装備、バイオメディカル、自動車製造、文化・教育における3Dプリントの主要材料と設備の応用は1億元/年を超え、産業市場経済は数百億元に達する。

6. 革新的なサービスプラットフォームを構築する

「インターネット+」付加製造イノベーションサービスプラットフォームを構築し、産業チェーンのリソースを統合し、高品質の顧客を引き付け、育成し、柔軟かつ多様な協力モードで全国の主要産業企業に総合的な付加製造技術ソリューションを提供します。このプラットフォームを頼りに、多くの海外の大手企業が工場建設や研究開発センターの設立への投資に誘致され、まずは中国の付加製造産業クラスターの基盤を形成し、国際技術分野と市場で重要な地位を占めています。

IV. 結論

全体的に、3D プリンティングは急速に発展していますが、産業化されるまでにはまだまだ長い道のりがあります。国家政策のガイダンスと特別なサポートを通じて、私たちは積層製造の分野で技術的な高地を形成します。産業、国防、軍事、医療分野の支配的なニーズに応えて、重要な技術の共同研究とアプリケーションのデモンストレーションを実施し、一連の新しい追加製造技術、新しい機器、新しい材料、新しい材料を設立する新しいプロセスを設立します。革新的な成果の変革と産業化を通じて、産業のアップグレードと開発を迅速に推進し、新しいテクノロジーデモンストレーションの過程で高品質の業界のリソースを収集し、統合し、フル鎖相互作用を形成し、産業を介して、産業を介して、産業を介して、産業を介して普及しますイノベーションは、生産およびオペレーションチェーンのすべてのリンクを再編成し、添加剤の製造技術に基づいて新しい製造とサービスプラットフォームを確立し、従来の生産モデルを突破し、伝統的な産業を促進して、変革とアップグレードを達成し、アップストリーム、ミッドストリーム、ダウンストリームの統合産業の統合を促進する産業の統合をさらに促進します経済発展のための新しい成長点。

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