Траектория развития JAM-5200EBM - будущее электронно-лучевых 3D-принтеров по металлу

Компания JEOL Ltd. стремится открыть будущее производства, бросая вызов новой области металлических 3D-принтеров. В центре этих усилий находится «JAM-5200EBM», который использует наши электронно-лучевые технологии. Этот инструмент позволяет обрабатывать металлы с высокой температурой плавления, такие как вольфрам, и, как ожидается, будет использоваться в таких сложных отраслях, как аэрокосмическая и медицинская. В этом отчете представлены предпосылки разработки, трудности, а также надежды и будущие перспективы продукта путем интервьюирования члена группы разработчиков, включая руководителя проекта Хиронобу Манабэ.

Ощущение кризиса: Япония отстает от остального мира

―― Почему компания JEOL занялась разработкой 3D-принтера по металлу?

Манабэ: Толчком послужил проект под названием «TRAFAM», возглавляемый министерством экономики, торговли и промышленности в 2014 году. В то время Япония значительно отставала от США и Европы в области 3D-принтеров по металлу. Прежде всего, в авиационной и аэрокосмической промышленности продолжалось производство легких или сложных конструкций зданий с использованием 3D-принтера. Я чувствовал чувство кризиса на фоне ситуации, когда Япония теряет свою конкурентоспособность в этой области.

―― Почему был выбран JEOL?

Манабэ: JEOL имела мировой рекорд в области электронно-лучевых технологий. Кроме того, некоторые исследователи, такие как профессор Чиба из Университета Тохоку, высоко оценили JEOL, сказав, что "JEOL - единственная компания, которая может использовать электронно-лучевые технологии в обработке металла". Это также было ключевым фактором. Как страна, я думаю, что были большие ожидания от JEOL как от члена японской обрабатывающей промышленности.

―― Какие мнения у вас были относительно продвижения этого проекта внутри компании?

Манабэ: 3D-принтеры не являются основным бизнесом в нашей компании. Некоторые говорят: «Неужели это возможно?». Однако я нашел новую возможность использовать наши электронно-лучевые технологии в этой области и объяснил это руководству. Условие было серьезным, а именно, завершить прототип за один год. Однако я верил в способности инженеров JEOL и продвигал проект вперед.

Участие в разработке с использованием прошлого опыта в других отделах

―― Какова была ваша роль в проекте?

Сато: Я управлял проектом от проектирования продукта до массового производства в качестве руководителя технической группы. Если говорить конкретно, я определил процесс от стадии прототипирования до практического использования с командой дизайнеров и работал над улучшением прототипа и эффективности производства.

После поступления в JEOL я работал над разработкой электронной пушки в области полупроводников. Разработанные мной ноу-хау очень помогли нам в этом проекте. Кроме того, во время разработки возникали непредвиденные проблемы. Я играл роль, чтобы судить о сути проблемы и быстро принимать решение, как конструктор.

Ямагами: Я отвечал за электрическое проектирование в группе проектирования. В частности, я работал над проектированием для обеспечения безопасности всего прибора и получения аутентификации, чтобы соответствовать строгим правилам безопасности, которые требуются на зарубежном рынке. До этого я отвечал за электрическое проектирование анализаторов, и я думаю, что я мог бы использовать знания обработки сигналов и проектирования схем в этом проекте.

Кроме того, в таком крупном приборе, как JAM-5200EBM, все части должны работать слаженно.
Поэтому я тщательно пересмотрел конструкцию для обеспечения стабильной системы управления и предотвращения сбоев, что в конечном итоге привело к созданию долговечного и надежного прибора.

Манабэ: Я был в должности руководителя всего проекта. Моя роль заключалась не только в определении направления развития, но и в контроле прогресса в качестве государственного проекта и в повышении морального духа команды. В своей карьере я работал над инструментом, который пользуется высокой репутацией как в Японии, так и за рубежом, таким как система ионного пучка и система электронно-лучевой литографии. Благодаря опыту я развил способность видеть технические проблемы и точку зрения для обзора всего проекта. Были поставлены строгие условия, поскольку это был государственный проект. Продвигая проект, веря в техническую экспертизу и упорство всех участников, мы успешно достигли своей цели.

Трудности с обеспечением стабильности и получением аутентификации инструмента

―― С какой проблемой вы столкнулись при разработке JAM-5200EBM?

Сато: Обеспечение стабильности оборудования было серьезной проблемой. Нам пришлось внести много исправлений на этапе прототипа из-за таких проблем, как остановка электронного луча на полпути процесса, неравномерное распределение порошка и т. д. Поскольку изготовление одной детали может занять несколько дней, мы не могли позволить человеку следить за ней все время. Однако, если бы мы пошли проверить деталь и обнаружили, что она остановилась в середине производства, мы бы не смогли применить ее на практике.

Для реализации автоматической работы без участия человека мы неоднократно совершенствовали аппаратное и программное обеспечение.

Ямагами: Приобретение зарубежных правил безопасности и проверка качества — вот что мне было трудно. В частности, авиационная и космическая отрасли требуют чрезвычайно строгих стандартов, и было сложно проводить проектирование, чтобы соответствовать им. Мне было трудно сбалансировать обеспечение безопасности и снижение затрат на приборы.

Манабэ: Как я уже упоминал ранее, условие завершения прототипа в первый финансовый год было крайне сложным. Однако я никогда не чувствовал, что «производство может быть невозможным». Это потому, что я верил в участников. В результате мы смогли завершить прототип в рамках ограниченного времени и бюджета благодаря усилиям каждого инженера.

Преимущества при обработке металлов с высокой температурой плавления

―― В чем особенность JAM-5200EBM по сравнению с продукцией наших конкурентов?

Сато: Самой выдающейся особенностью JAM-5200EBM является его способность обрабатывать металлы с высокой температурой плавления, такие как вольфрам и молибден, при предварительном нагреве заготовки до высокой температуры 1,600°C. Эти металлы, которые трудно обрабатывать с помощью продукции наших конкурентов, можно безопасно моделировать с помощью наших электронно-лучевых технологий.

Ямагами: Кроме того, приобретение аутентификации AMS является еще одним. Это реализовало строгий стандарт качества авиационной и космической промышленности. Кроме того, прибор обеспечивает превосходную надежность и долговечность.

Манабэ: JAM-5200EBM не только моделирует металлы, но и создает внутреннюю структуру, которую невозможно получить с помощью обычной резки. В то время как резка не может создать полую внутреннюю структуру, 3D-принтер может. Это приводит к снижению веса деталей, а сокращение сырья способствует снижению затрат. Я думаю, что высокая степень свободы является наибольшей привлекательностью технологий 3D-принтеров.

Берегите вдохновение и никогда не сдавайтесь до конца.

Сато: Я глубоко сочувствую утверждению Томаса Эдисона: «Гений — это один процент вдохновения и девяносто девять процентов пота».
Эта фраза не просто означает, что «одних усилий недостаточно», а указывает на то, что изначальное направление весьма важно для успеха», я думаю. Например, у меня было много сцен, где я остро чувствовал, насколько серьезная цель спецификации и дизайна, поставленная на ранних этапах разработки, может оказать существенное влияние на конечный результат. По этой причине я всегда прилагал постоянные усилия, чтобы найти этот «1% вдохновения» посредством обсуждений с моей командой.

Ямагами: Моя вера — это отношение «бросать вызов, не боясь неудач». На технических объектах разработки важно не сдаваться после неудач один или два раза, а учиться тому, чему можно научиться на неудачах. Во время разработки JAM-5200EBM я также много раз сталкивался с трудностями на этапе прототипирования. В такой ситуации я сохранял свое убеждение «бросать вызов, не боясь неудач». Этот образ мышления использовался в моих исследованиях в области физики плазмы, когда я был студентом университета. Я культивировал отношение не только к следованию теории, но и к приближению к сути при повторении экспериментов.

Манабэ: На меня оказали большое влияние учения Эйити Сибусавы и Кадзуо Инамори. Особенно слова г-на Инамуры о том, что «никогда не сдавайся до конца», — это то, о чем я всегда помнил, продвигая проект. Например, нам нужно преодолеть множество проблем с ограниченным бюджетом и сроками, поскольку проект с государственной помощью требует довольно строгого контроля статуса. Пока я думал о том, как преодолеть трудности с командой, я действительно чувствовал важность этих слов. Кроме того, слова Эйити Сибусавы о «важности быть искренним» — это еще одно мое убеждение. Как инженер, я считаю, что быть искренним неизбежно, чтобы предоставлять клиентам надежную продукцию.

Я хотел бы посвятить себя повышению конкурентоспособности Японии и воспитанию будущих поколений.

―― Наконец, расскажите, пожалуйста, о том, чего бы вы хотели достичь в будущем, и с каким энтузиазмом вы к этому относитесь.

Манабэ: Сейчас я отошел от проекта и считаю, что технология JAM-5200EBM улучшит конкурентоспособность Японии в области 3D-принтеров по металлу. Нам нужно продолжать разрабатывать более эффективные и многофункциональные инструменты, основываясь на ноу-хау, полученных в результате прошлых попыток. Кроме того, мы должны не только производить инструменты, но и сосредоточиться на послепродажной поддержке и техническом обучении, чтобы клиент мог оптимизировать ценность инструмента.

Ожидается, что этот инструмент будет использоваться в передовых отраслях, таких как авиация/космос и медицина. Я ожидаю, что он будет применяться в еще более разнообразных областях в будущем.

Сато: Моя роль заключается в том, чтобы передать опыт и технологии, которые я выработал на месте, молодым людям и поддержать разработку модели следующего поколения. В частности, знания, которые мы получили в ходе массового производства и практического использования JAM-5200EBM, должны быть определенно полезны, когда молодые люди будут разрабатывать новый продукт. Кроме того, нам нужно и дальше стремиться к снижению затрат и повышению производительности в модели следующего поколения. Например, применяя инструменты, которые раньше предназначались для специальных металлов, таких как вольфрам и молибден, для материалов с большей универсальностью, я думаю, что есть возможность расширить весь рынок металлических 3D-принтеров.

Ямагами: Осознание безопасности и эффективности является важным вопросом при разработке модели следующего поколения. При разработке JAM-5200EBM мы повторили проектирование и тестирование, чтобы соответствовать строгим стандартам авиационной/космической промышленности. Используя опыт, мы стремимся к созданию инструмента, который можно использовать в более универсальных отраслях. Кроме того, я хочу усилить удобный дизайн и создать систему, которая обеспечивает простоту эксплуатации для компаний, впервые использующих 3D-принтеры. Я хотел бы внести свой вклад в повышение конкурентоспособности во всех отраслях промышленности Японии, активно работая над аутентификацией нормативных актов в Японии и за рубежом и повышая энергоэффективность.

Связанная ссылка

JAM-5200EBM Электронно-лучевая машина AM для обработки металла