BAMのイニシアチブQI-DigitalとMesoFocus 積層造形品質を再定義する
2023年5月30日
ドイツBAMは、QI-Digitalイニシアチブの一環として、積層造形（AM）における品質保証に革命を起こしています。金属粉末から非破壊検査 X線技術により、生産チェーンのすべての工程がデジタルマッピングされ、一貫した品質の部品が製造されます。 MesoFocus 450型X線管は、この目標達成において重要な役割を果たします。BAMのプロジェクトと、積層造形における品質保証の未来について、さらに詳しくはこちらをご覧ください。
ドイツ連邦材料研究試験研究所（BAM）は、ドイツの品質インフラ（QI）の要素をデジタル化し、AM（積層造形）向けの産業指向型ラボでテストするプロジェクトに取り組んでいます。詳細を知るため、BAMのウーヴェ・ツシェルペル氏とトビアス・フリッチュ氏にお話を伺いました。
「企業は、積層造形（または「3Dプリント」）部品の信頼性と再現性の高い品質を確保するのに苦労している。その理由は、部品、特に安全性に関わる部品の製造と承認には、非常に時間とコストのかかる試験が必要となるためだ。」
ウーヴェ・ツシェルペル博士（理学博士）、デジタル放射線学および画像解析部門長
例えば、航空機エンジンに使用されるタービンブレードを例にとると、わずかな欠陥でも壊滅的な結果を招く可能性があります。完成品に不具合が見つかった場合、部品の製造と検査に多くの材料と時間が無駄になってしまいます。BAMはQI-Digitalによってこの状況を変えます。ドイツ連邦研究所であるBAMは、製造工程のあらゆる段階をデジタルでマッピングし、品質を継続的に検査することで、常に同じ品質の部品を製造することを可能にします。これには、原材料（粉末）、機械の設定、製造プロセス、そして最終的な後処理の検査が含まれます。
そのため、BAMは積層造形生産のさまざまな段階をテストおよび分析できるリビングラボを持っています。生産ラインでは、非破壊検査 X線技術を用いた非破壊検査（NDT）は、製造される部品の品質、安全性、構造的完全性を確保する上で重要な役割を果たします。製造プロセスを理解し、基準を作成するために、プロセスのすべての段階でテストが実施され、デジタルでマッピングされて、完全な理解を得て要件が設定されます。 MesoFocus この技術は、高密度で大型の金属構造物の高解像度コンピュータ断層撮影（CT）画像化を実現するのに役立つ。
積層造形とは何ですか？
積層造形（AM）、別名3Dプリンティングは、材料を層状に積み重ねて三次元物体を造形するプロセスです。より複雑な設計を迅速かつ低コストで実現できるようになったことで、製造業界に革命をもたらしました。積層造形は、航空宇宙、医療、自動車などの業界で数多くの用途があり、新しい材料や技術の登場により進化を続けています。
高出力かつ焦点スポットの小さいX線管の重要性
ワイヤアーク積層造形（WAAM）では、金属の層を積み重ねて目的の3D部品を作成します。個々の層と、時には複雑な構造のため、ごく小さな欠陥でも検出するには、焦点スポットの小さいX線管が必要です。しかし、高解像度だけが唯一の要件ではありません。
「ここにある大型部品は通常金属製で、吸収性が高く、形状も大きい。そのため、従来よりも多くの電力が必要になる。」マイクロフォーカス チューブは特定の焦点スポットサイズを実現できる。
トビアス・フリッチュ博士（理学博士）、BAM所属物理学者
WAAM コンポーネントは非常に高密度であるため、厚い壁を透過できる高出力 X 線管が必要です。Diondo CT システムのMesoFocus 450 は、高出力と小さな焦点スポットを兼ね備えているため、このタスクに最適なツールです。高解像度機能により、重大な欠陥が確実に検出されます。特に産業界では、速度とメンテナンスの容易さも考慮する必要があります。そのため、開放型 X 線管はさらに高い解像度、より高速でメンテナンスの容易さを提供できますが、密閉型 X 線管のようなMesoFocus が望ましい。
ワイヤアーク積層造形とは何ですか？
ワイヤアーク積層造形（WAAM）は、金属ワイヤを原料として使用する積層造形の一種です。このワイヤは電気アークによって溶融され、層状に堆積されて3D部品を形成します。WAAMは特に大型金属部品の製造に適しており、航空宇宙、自動車、建設業界などで応用されています。
明るい未来
今後、BAMはAM（積層造形）における品質保証のデジタル化を目指します。中小企業は開発されたツールを自社の生産設備に導入・活用できるだけでなく、リビングラボへの積極的な貢献も求められます。プラットフォームのデジタル機能を活用することで、企業はリモートで共同作業を行うことができ、出張や現場検査の頻度を削減できます。
QI Digitalは、積層造形とインダストリー4.0への大きな前進を表しています。それだけでなく、新たな基準も設定しています。非破壊検査 一般的なこと、そして将来のX線検査の仕組みについて。
ウーヴェ・ツシェルペル博士（理学博士）は、BAM（ドイツ連邦放射線医学研究所）の政府職員兼研究員です。ライプツィヒ大学で実験物理学の学位と化学物理学の博士号を取得しています。産業放射線検査の分野で30年以上の経験を持ち、フィルムのデジタル化、およびコンピュータ断層撮影（CR）、デジタル検出器アレイ（DDA）、コンピュータ断層撮影（CT）によるデジタルフィルム置換に関する研究と標準開発に大きく貢献してきました。最近の活動としては、積層造形における非破壊検査（NDT）アプリケーションの標準開発、およびニューラルネットワークを用いた深層学習やその他の画像処理手法による自動欠陥検出などが挙げられます。
トビアス・フリッチュ博士（理学博士）は、BAM（ドイツ連邦材料科学研究所）の研究員です。物理学の修士号取得後、BAMに入所し、AM格子構造の非破壊検査に関する博士課程に進みました。その後、1年半にわたり産業用バッテリーの研究に従事し、経験を積んだ後、ポスドクとしてBAMのCTグループに復帰しました。
彼は、特に定量的画像解析に関して、CT技術の応用開発に強い関心を持っている。それによって、主に積層造形におけるCT応用において、情報深度の向上と解析ルーチンの改善に取り組んでいる。
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