張海欧教授は、統合型金属3Dプリントを使用して高速列車の主要部品の印刷に成功しました。

出典：科技日報

第3世代シンクロトロン放射光源の高解像度3次元画像化技術により、同校の張海欧チームの「鋳造、鍛造、フライス加工一体型金属3Dプリント」の知られざる秘密が明らかになった。マイクロ鋳造鍛造アルミ合金の欠陥の大きさと数は、従来のアーク積層造形法に比べて大幅に少なく、組織が洗練され、靭性指数が大幅に向上した。
△動画：張海欧教授によるマイクロ鋳造、鍛造、フライス加工複合付加製造のライブ中継。最近、西南交通大学の呉聖川教授がこの研究を金属加工分野のトップ雑誌「材料加工技術」に発表しました。「この結果は、高速鉄道に代表される大型ハイエンド設備における『鋳造、鍛造、フライス加工一体型金属3Dプリント』の大きな可能性を示しています」と青島四方機関車・車両有限公司の副主任エンジニアである丁三三氏は紹介し、列車が高速走行しているとき、空気力学的効果が急激に低下し、材料と構造の信頼性に対する要求が既存の技術とは大きく異なることを明らかにした。組織全体の細かい粒子、マトリックスの高強度と靭性など、『鋳造、鍛造、フライス加工一体型金属3Dプリント』技術の独自の利点は、将来の超高速で長寿命の地上輸送設備の製造に新たなソリューションを提供できる。
この技術を基に、張海欧氏のチームは時速600キロ以上の磁気浮上式鉄道のサスペンションフレームの主要支持部品の印刷に成功した。現在、同チームは呉聖川教授と協力して、より高速の高速鉄道用のアルミニウム合金製ギアボックスの製造や修理に取り組んでいるほか、損傷した車軸やアルミニウム合金構造の表面修復や構造健全性評価にも協力している。

「材料の内部損傷の進展と定量的特徴づけは、主要設備のサービスにおけるボトルネック技術です。」呉聖川氏は、長い間、材料の疲労度を推測するために破壊試験と表面観察法に依存しており、設計、製造、サービス評価を正確に定量化することは困難であると述べた。過去 10 年間で、シンクロトロン放射に代表される先進的な光源がこの技術のボトルネックを突破し、主要機器のサービスプロセスを理解するための「スーパー顕微鏡」を提供しました。

鋳造、鍛造、フライス加工を統合した金属 3D プリント技術の紹介<br /> 従来の鍛造品の製造方法は、プロセスが長く、手順が複雑で、複数の大規模な設備が必要で、製造コストが高く、汚染物質の排出も大きい。しかし、マイクロ鋳造、鍛造、フライス加工による複合付加製造プロセスは短く、金属線から鍛造品までの製造を完了するのに必要な装置は 1 つだけである。サイクルタイムは40%～70%短縮されます。現在、この技術の堆積効率は10kg/hを超え、材料消費量は70%～80%削減され、エネルギー消費量は従来の製造方法の約10～15%です。 12 レベルの等軸微細組織が得られ、これは従来の鍛造の 7 ～ 8 レベルよりもはるかに高く、成形品質、構造の均一性、安定性は従来の製造よりも 10% ～ 30% 高くなります。

近年、マイクロ鋳造、鍛造、フライス加工複合付加製造技術は、航空機ラック、船舶プロペラ、自動車フェンダー金型、ガスタービントランジションセクション、高速鉄道フロッグなどの研究開発と製造に応用されており、航空宇宙、原子力産業、造船・海洋工学、高速鉄道などの基幹産業に重点を置いています。

マイクロ鋳造と鍛造の同期製造技術の技術革新は、主に次の 4 つの発明を中心に展開されています。
●溶融した微小領域と他の材料を同時に成形する方法。
●均一等軸細粒強化・強靭化技術
●難成形材料のマルチエネルギー場複合成形技術
●マイクロ鋳造鍛造同期超短工程グリーン製造装置。

同社は「鋳造と鍛造の同時加工、形状・特性制御、欠陥検出、自動修復」を特徴とする一連の多機能統合設備の先駆けとなり、単一装置による大型で複雑な鍛造品の超短工程製造に大きな革新をもたらしました。

張海欧教授は、統合型金属3Dプリントを使用して高速列車の主要部品の印刷に成功しました。

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