大容量VIGA機器の設計に関する簡単な説明

出典: ウィラリ

粉末需要の現状 金属 3D プリントは現在、人気の新興産業です。デジタル、ネットワーク化、カスタマイズなどの技術的特徴により、航空宇宙、医療、軍事などのハイエンド産業に応用されています。金属3Dプリントは第三次産業革命を推進する重要な原動力とされており、我が国のこの技術開発は世界最先端のレベルに達し、驚異的なスピードで発展しています。

国内外の大型印刷設備の登場により、粉末1バッチの需要が従来の3～5倍に増加し、粉末製造設備の容量と安定性、および粉末管理に対する要求が高まっています。
△3Dプリント画像△3Dプリント画像 製粉設備の現状 現在、耐熱合金、金型鋼、アルミニウム合金、コバルトクロム合金などの一般的な粉末の大部分はVIGAプロセスを使用して生産されています。国内の粉末サプライヤーの単一設備は主に250kg以内であり、シフトごとに約2炉の効率で生産されているため、全体的な生産効率は比較的低いです。輸入設備は炉1基あたり1トン以上の生産が可能だが、価格が2000万で納期も2～3年かかる上、国際貿易情勢が厳しく調達が困難になることから、輸入設備は急速に発展する国産設備に徐々に置き換えられる運命にある。
△装備写真 単一炉の容量増加の難しさ 従来の経験によれば、単一の炉の容量を増やすと全体的な生産量を効果的に増やすことができますが、実際の生産でこの目標を達成することは非常に難しいことがよくあります。主な困難は次のとおりです。

（1）生産効率：VIGA装置の特性上、真空と不活性ガスの置換が必要となるため、現在、連続生産のための安定した信頼性の高いソリューションは存在せず、装置のサイズに関係なく、半連続間欠生産が主に使用されています。設備の容量が増加すると、製錬に使用するコイル、るつぼ、保護層もそれに応じて増加します。前の炉が完成した後の冷却に必要な時間が長くなり、るつぼの修理の量と難易度が大幅に増加し、単位時間あたりの生産炉の数が減少します。全体的な生産量が大幅に増加しないだけでなく、生産量が減少する可能性もあります。
△量産GH4169（InConel 718）ニッケル基高温合金粉末（2）高温耐久性溶解るつぼとコイルに加え、フローガイドと噴霧システムも設備能力に影響を与える重要な要素の一つである。現在、ほとんどのVIGA設備は「中間容器+アトマイザー」構造を採用しており、中間容器るつぼの底部の開口部がガイドチューブに接続され、ガイドチューブがアトマイザーに挿入され、アトマイザーとともに超音速ノズルを形成します。溶融金属はタンディッシュるつぼ内で適温に保たれ、ドラフトチューブを通ってアトマイザーに流れ込み、ノズルから噴出される高圧・高速のガスと接触して破砕・冷却され、球状の粉末になります。
噴霧プロセス全体は15～30分続き、その間に100～200kgの高温溶融金属が流れるため、フローガイドシステム全体と噴霧システムのフォールトトレランスはほぼゼロです。閉塞、漏れ、ガスの逆流などが発生すると、すぐに生産停止や安全事故につながります。そのため、対応するコンポーネント、特にフローガイドチューブの性能には非常に厳しい要件が課せられます。現在使用されているガイドチューブの材質は、窒化ホウ素マトリックスに強化材を加えたものがほとんどで、耐熱衝撃性は良いものの、耐浸食性には劣ります。霧化時間が長すぎたり、金属液体の流速が速すぎたりすると、ガイドチューブの内部流路が浸食されて変形したり、全体が破損したりすることがあり、大容量の装置には使用できません。
△異なる強化材料を使用した複合窒化ホウ素ノズル（3）補助部品容量を増やすには、溶融、フローガイド、噴霧システムを全面的にアップグレードして最適化するだけでなく、他の部品にも高い要求を課す必要があります。

例えば、プロセスを正確に制御するためには、噴霧プロセス中に溶解るつぼとタンディッシュるつぼ内の溶融金属の温度をリアルタイムで制御する必要があります。熱電対は温度を正確に測定できますが、長時間動作することはできません。また、一般的に使用されているデュアルライン赤外線温度測定では、炉内での長期溶解によって発生する煙のために大きな誤差が生じます。

△ 噴霧中、製錬オンライン排煙システムで処理された後の製錬室の噴霧時間が長くなると、炉体、パイプライン、サイクロンセパレーターの温度も上昇し続け、これらの部品と設備の安定性を確保するために、より多くの冷却水が必要になります。噴霧前後の排気ガスの温度、流量、風圧などの対応するパラメータは変化し、バッグ集塵機も対応するパラメータをリアルタイムで調整できる必要があります。
要約する

VIGA法の粉末生産能力を高めるには、装置の単炉出力を高めることが効果的ですが、溶解るつぼのサイズを大きくするだけでは不十分で、それに合わせた装置全体の総合的なアップグレードも必要です。
弊社の技術研究開発担当者は、上記の困難をうまく克服し、1シフトあたり3～4台の炉を収容でき、炉1台あたりの容量が350kgのVIGA設備を設計し、すでに製造・運用を開始しており、これにより、弊社の生産能力不足の問題を効果的に緩和することができます。さらに大型の500kg級の装置も検証段階に入っている。

△同社最新鋭の350kg級VIGA装置。しかし、金属3Dプリント市場の活発な発展に伴い、単バッチ粉末の需要と総需要は引き続き大幅に増加し、より大きな単炉容量の装置が必然的に主流の粉末製造装置となるでしょう。

大容量VIGA機器の設計に関する簡単な説明

コロラド大学は、プラスチック製品に代わるものとして期待される、コーヒーかすを3Dプリントする新しい方法を開発しました。

[分析] 急速積層造形法に基づく主要金属部品の微細構造と特性の制御のための後処理技術と装置の研究

3Dプリントされた高多孔質Ti-6Al-4Vスキャフォールドを酸化グラフェンでコーティングして骨形成を促進する

水平比較：3Dプリントに最もよく使用される金属材料、チタン合金とアルミニウム合金

回転ベース上の積層造形技術を用いた自立構造のトポロジー最適化

FDM 3Dプリント炭素繊維/PEEK複合材料の研究で、中国科学院宇宙応用センターは大きな科学研究成果を達成した。

大規模なサポートフリー積層造形技術が従来の製造プロセスに革命を起こしている

西安交通大学の李迪塵チーム：3DプリントされたPEEKポリマーの医療用途、人体に半年埋め込まれる

3D プリントは現在の映画業界の小道具の制作モデルを変えるでしょうか?

米国南西部最大の3Dプリント研究センターがまもなく稼働開始

推薦する

1500万元を調達したモバイル光硬化3DプリンタープロジェクトONOは5年後に失敗し、5000台が倉庫に保管された

ハイパーソニックスのDART AE極超音速試験機がロケットラボの3Dプリントエンジンを搭載して打ち上げられる

私の国は核融合炉の主要部品の3Dプリントを初めて達成しました

Sublimation 3D は上海珪酸塩研究所がシリコンカーバイドセラミックスを製造するための新しい方法の探求を支援します

科学者らは、有機ポリマーを「廃棄物リサイクル」するための、より環境に優しい3Dプリント材料を開発している。

中小企業が3Dプリント医療機器の商業化に向けて動き出している

3Dプリントを学ぶには、まず製造技術の3つの主要な考え方を理解する必要があります。

2018年の革新的な3Dプリント企業トップ5：複合材料、マルチマテリアルSLS、トポロジー最適化、PEEK、ナノスケール

口腔インプラントおよび修復分野におけるPEEK材料の研究の進歩

南京航空航天大学の学者 Shan Zhongde 氏のチーム: 低圧アニーリングが 3D プリントされた CF/PEEK 複合材料の性能に与える影響

価格は輸入機器の1/3。重慶衛星テレビが義歯金属3Dプリンターを報道

より速く、より信頼性が高い | 3D プリントのイノベーションが航空 MRO の仕組みを変える

英国国防省は5つの企業と提携し、積層造形の利点を活用

魔法の3Dプリントが伝統的な物流と流通の分野を覆す

材料研究ニュース | 李文亜教授が「コールドスプレー+」複合付加製造技術に関するレビュー論文を発表