寧夏東方智能製造は、ニオブやタングステンなどの高融点金属の大規模積層造形の産業応用を実現

はじめに：高融点金属材料は、主にタングステン（W）、ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、タンタル（Ta）、レニウム（Re）などの元素を含み、優れた高温機械的特性と高温安定性を備えています。耐熱部品の製造によく使用され、航空宇宙、医療、化学などの分野で広く使用されています。しかし、高融点金属は高融点、高硬度という特性があり、従来の加工方法では大型で複雑な構造部品を作製する場合、加工が困難、あるいは加工できないなどの問題がありました。

先進的なグリーンインテリジェント製造技術である金属 3D プリント技術は、材料利用率が高く、金型なしで複雑な部品を形成できるため、高融点金属の加工と製造に新しい方法を提供します。

2024年11月11日、南極熊は寧夏東方智能製造と遠洋高科技が協力し、遠洋高科技の設備のオープンソースの利点を基に新材料とターゲットプロセスを共同開発し、高融点金属のレーザー精密成形の問題を解決したことを知った。製品の印刷性能は安定しており、航空宇宙、医療、化学などの分野で高融点金属の大型工業化3D印刷ソリューションと印刷サービスを継続的に提供している。

報道によると、寧夏東方智能製造技術有限公司は2021年に設立され、寧夏東方タンタル有限公司と社内コアプロジェクトチームメンバーが共同出資した。主な業務は、高融点金属、高融点金属ベース合金、高融点高エントロピー合金の製錬・加工、球状タンタル粉末、タンタルタングステン合金粉末、ニオブ粉末、ニオブタングステン合金粉末の加工・販売、3Dプリント製品の設計、3Dプリントサービス、3Dプリント製品の販売などである。

2021年、東方智能製造はタンタルニオブおよびその合金の3Dプリント生産向けにFarsoon High-Techの金属3Dプリント装置FS271Mを導入しました。2023～2024年には、生産ユーザー向けにFarsoon High-Techの効率的で成熟した金属3Dプリント装置FS273Mと、大型で高効率のバッチ生産金属3Dプリント装置FS511Mを再度導入する予定です。

東方智能製造は、Farsoonのオープンソースと革新的な金属積層造形ソリューションを基盤として、タンタルニオブ金属とその合金の開発と応用において豊富な経験と技術力を蓄積してきました。現在、同社は中国で唯一の高融点金属3Dプリント産業チェーン全体の研究開発と生産拠点となっています。また、中国で唯一、高融点金属の大型3Dプリント（530mm×530mm）を実現できる企業であり、製品の市場シェアは100％に達しています。

耐火金属の大規模印刷における画期的な成果を達成

ハイエンド材料の分野では、タンタル・ニオブおよびその合金球状粉末の製造と3Dプリント技術は、長い間、米国のジンマー社などの国際的大手企業によって独占されてきました。この状況は、我が国がこの分野の主要原材料の供給に大きく依存することになるだけでなく、航空宇宙、バイオ医薬品などの国内ハイエンド産業の自立的な発展も制限しています。

数多くの課題に直面している東方智能製造は、学際的な技術エンジニアで構成された研究開発チームを設立し、国内外の市場需要を徹底的に分析することで、業界の発展動向に関する詳細な研究と分析を行ってきました。研究チームは、タンタル・ニオブ高融点金属球状粉末の製造と3Dプリント技術において画期的な進歩を達成するには、従来の考え方を捨て、革新的な技術ルートを採用する必要があることに気付きました。度重なる実験検証とスキーム比較を経て、東方智能製造は最終的に、無線周波数プラズマ球状化粉末製造技術（PS）と選択的レーザークラッディング技術（SLM）を中核とする技術ルートを決定しました。

2021年から、Oriental Intelligent ManufacturingとFarsoon High-techが協力し、Farsoon High-techの金属3Dプリンター装置FS271Mを導入します。しかし、タンタルやニオブなどの材料のコスト制約により、国内のマルチレーザータンタルタングステン合金積層造形は依然として小規模生産のシナリオにあります。 2023年、東方志炫はFarsoon High-Techの大型金属3Dプリンター装置FS511Mの助けを借りて、国内の高融点金属の大規模積層造形企業になりました。

FS511Mは、Farsoon High-Techが2023年に大量積層造形向けに発売した4レーザー双方向粉末積層金属積層造形装置です。 FS511Mは自社開発のオペレーティングシステム一式を搭載しており、生産ラインのレイアウトを実現できます。成形シリンダーのサイズは540mm×540mm×670mm（成形基板の厚さを含む）で、4×500Wレーザーが標準装備されています。最大体積成形効率は100cm3/hに達します。

大型の高融点金属の印刷プロセスでは、レーザー焼結によって煙が発生します。風下レーザーが煙を通過すると、散乱やエネルギー散逸が起こりやすく、球状化や未融合などの冶金欠陥につながります。マルチレーザースキャンシステムでは、風上の煙やほこりの影響を十分に考慮する必要があります。 Farsoon High-Techは、FS511M装置の大型風場設計を最適化することで、光と煙の同時発生のない印刷を実現するだけでなく、各レーザーの待機時間を短縮し、印刷品質を確保しながら印刷効率を効果的に向上させます。

3Dプリント耐火金属は幅広い用途に使用可能

航空宇宙分野では、タンタルタングステンやニオブタングステンに代表される高融点金属は、高温部品の製造に理想的な材料です。民生用電子機器分野では、タンタルタングステンやニオブタングステンなどの高融点金属は、静電容量密度が高く、安定性が良好で、漏れ電流が低いという利点があり、さまざまな電子機器に広く使用されています。化学業界では、ニオブタングステンなどの高融点金属の耐腐食性により、化学反応容器やパイプラインの製造に最適であり、安全で効率的な生産を保証します。ハイエンドの医療機器製品では、インプラントに使用でき、生産された放射線遮蔽保護部品は、患者と医療スタッフを放射線障害から保護できます。

ニオブ合金（Nb）を例にとると、VBグループの高融点金属に属し、融点は2468℃、bcc構造を持ち、1649.90℃まで強度を維持でき、一定の機械的変形に耐えることができます。東方智能製造が独自に開発した3Dプリントニオブタングステン合金Nb521は、性能が大幅に向上し、燃焼室、エンジンノーズコーン、排気管、燃料噴射装置およびそれらの重要な高温部品を含む航空宇宙分野で主に使用されています。

これまでに、東方智能製造の研究開発チームは、5種類の球状粉末積層造形法と3種類の耐火金属の3Dプリント工程を完了し、医療機器会社向けに人体骨置換用多孔質タンタル構造部品のプリントを完了し、生物学的検証に適用し、乾式冶金プラントの電子ビーム炉反応電極の設計を簡素化し、検証後に3Dプリント量産を実現し、数十個のタンタルタングステン合金製時計ケースと多数のタンタルおよびタンタルタングステン製ジュエリーや製品の3Dプリントを完了し、耐火合金のパーソナライズされたカスタマイズを成功裏に実現しました。

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