Yizhuang Wisdomは、2年間で10種類以上の主流材料のローカライズを実現し、3Dプリント業界の障壁を打ち破りました。

出典：北京イージュアンメディアセンター

3Dプリンティング（付加製造）は登場した途端、「破壊的」技術のオーラを放ちました。近年の急速な発展を経て、3Dプリンティングは航空宇宙、金型、医療、ジュエリーなど多くの分野で大量生産されています。エンジンの燃料ノズル、ブレード、コンフォーマル冷却金型、整形外科用インプラントからペンホルダーやデスクランプまで、すべて3Dプリンターで素早く試作できます。積層造形に使用される金属材料は、3Dプリンターの「インクカートリッジ」と呼ばれ、金属3Dプリントプロセスの基礎と鍵です。北京経済技術開発区積層造形および新材料技術イノベーションセンター（以下、イノベーションセンター）は、中科技メイト粉末冶金技術（北京）有限公司が主導し、北京科技大学などの部門が共同で建設したものです。積層造形用の特殊材料の研究開発を応用リンクまで拡張し、2年間で10種類以上の積層造形材料の現地化を実現し、3Dプリントのより多くの分野での大規模な応用を促進しています。

業界の問題を解決するために、積層造形の研究開発はアプリケーションリンクにまで及びます

積層造形・新材料技術イノベーションセンターに入ると、デモ生産ラインの隣のブースにはさまざまな形状と複雑な構造の高精度金属部品が並んでおり、特に目を引くものでした。同センターの馬騰所長は燃料ノズルを取り上げ、この燃料ノズルは一体成型で作られ、内部に複雑な流路があり、従来の鋳造や溶接法ではなく3Dプリント技術で生産されていると紹介した。これにより生産サイクルが短縮されるだけでなく、部品の軽量化と安定性も向上した。金属粉末は 3D プリントの鍵です。高温合金材料の組成、粉末製造プロセス、原材料の準備など、すべての段階で数多くの技術的困難を克服する必要があります。

上流の金属材料企業が開発した粉末製品の組成と各種指標は標準要件を満たしているものの、下流の顧客企業に3Dプリント生産のために供給する際には、依然として亀裂が生じたり、性能指標が不合格になったりする問題があります。これは、積層造形業界ではよくある問題です。イノベーションセンターは、業界の問題を解決するために、積層造形と新材料開発プロセスを組み合わせた革新的な道を模索してきました。

馬騰氏によると、2019年に中航メイト粉末冶金技術（北京）有限公司が北京経済技術開発区に進出した際、北京経済技術開発区の技術革新センター建設支援政策の指導と支援を受け、積層造形と新材料技術革新センターを設立した。800平方メートル以上の面積を持つこの革新センターには、2本の積層造形デモラインが建設され、金属組織分析、機械引張試験、熱処理炉などの設備一式が導入された。「当社は、もともと下流の顧客に対して行っていた印刷テストを前進させ、金属材料の研究開発中に3D印刷テスト組織と性能テストリンクを導入しました。」馬騰氏は、以前は金属材料の粉末が需要に応じて開発され、印刷テストのために顧客に届けられていたと述べた。現在、金属粉末を準備した後、イノベーションセンターで3D印刷してテストします。問題が見つかった場合は、組成と準備プロセスをターゲットに改善します。印刷テストに合格するまで、顧客ユニットに渡されません。これにより、最終顧客にとってテスト中に発生する可能性のある問題が軽減され、顧客の製品開発から生産までの時間が大幅に節約されます。

印刷検査とプロセスの最適化は、言うほど簡単ではありません。高温合金材料には、少なくとも 5 つの合金元素と 3 つの微量元素を含む、12 種類以上の元素が含まれていることがよくあります。各材料の印刷テスト、組成の最適化、粉末製造プロセスの調整、印刷プロセスの最適化には、主要な影響要因を継続的に特定して最適化するために、少なくとも 3 回のテストが必要になることがよくあります。イノベーションセンタープラットフォームのおかげで、大学、研究機関、業界大手企業との共同研究開発を通じて、AVIC Mate は研究開発能力を継続的に向上させるだけでなく、粉末製造プロセスの最適化も加速しました。

アプリケーション開発者の課題を解決し、製品開発サイクルを2か月以上短縮

「これにより、当社の研究開発サイクルが数か月短縮され、新製品の登録と発売に自信が持てるようになりました。」最近、イノベーションセンターは医療機器分野の顧客企業から感謝のメッセージを受け取り、アプリケーションテストと新素材の研究開発の組み合わせによって生み出されたメリットを確認しました。

この医療機器顧客企業は、整形外科疾患関連の適応症を持つ患者に四肢機能を回復させるために骨人工器官を移植する新しいタイプの整形外科インプラントを開発しました。同社はカスタマイズ生産に3Dプリントを選択し、AVIC Mateが開発した金属材料を採用した。金属材料が開発された後、イノベーションセンターで印刷、テスト、加工され、その後同社に納品され、そこで性能指標を満たす製品が迅速に生産され、同社の研究開発サイクルが2〜3か月短縮されました。

現在、3D プリント技術は、航空宇宙、デジタル医療、自動車、軍事産業、金型など、多くの業界で広く使用されています。この医療会社と同様に、AVIC Mateの顧客は一般的に、積層造形材料の研究開発と納品ノードに対して厳しい要求を持っています。イノベーションセンターは、アプリケーションテストと新材料の研究開発を組み合わせ、大学や研究機関と協力して技術研究開発を行っています。パフォーマンス指標と生産ニーズを満たす製品をタイムリーに提供し、多くの顧客企業の研究開発サイクルを短縮します。

イノベーションセンターは、数年にわたる研究開発と技術経験の蓄積を経て、新製品、新プロセス、新材料、製粉技術、製粉設備などの分野で 35 件の発明を含む 52 件の特許を申請しました。今年初めには、革新的な技術で業界の発展を促進するために、約80件の特許が導入されました。

材料研究開発への投資増加、10種類以上の主流合金材料の現地化

イノベーションセンターは、新素材の研究開発を積層造形の応用にまで拡張し、AVIC Mate の新素材の研究開発をより的を絞ったものにし、3D プリント用途の主流素材を北京経済技術開発区に迅速にローカライズします。

馬騰氏によると、イノベーションセンターの研究開発チームは過去2年間で、少なくとも6種類の高温合金材料とチタン合金材料、2種類のアルミニウム合金材料を含む、3Dプリント分野の主流材料10種類以上を開発し、現地化してきた。主流材料の現地化により、国際独占が打破され、コストが削減され、研究開発と供給サイクルが短縮され、3Dプリント技術が複数の分野での大規模応用に向けて急速に進歩しました。

GH3230高温合金材料は、3Dプリントの分野でよく使用される材料です。この材料は加工が難しいため、印刷プロセス中にひび割れや標準以下の性能などの問題を解決することが困難です。以前は、この材料の国内市場はいくつかの外国企業によって独占されていました。イノベーションセンターでは、研究開発チームが多くの大学や研究機関と連携し、約8か月かけて少なくとも6回のプロセス最適化を実施し、最終的にGH3230高温合金材料の国内代替を実現しました。

イノベーションセンターは今後も研究開発能力を強化していきます。馬騰氏によると、イノベーションセンターのスペースは3年以内に拡張され、付加製造の実証生産ラインが追加される予定であり、イノベーションセンターは業界の公共サービスプラットフォームに組み込まれ、業界の高品質な発展に貢献する予定である。

記者：田延軍

Yizhuang Wisdomは、2年間で10種類以上の主流材料のローカライズを実現し、3Dプリント業界の障壁を打ち破りました。

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