アディティブマニュファクチャリングが航空宇宙産業をどのように改善しているか

アディティブマニュファクチャリングの初期の頃から、3D印刷ハードウェアおよび材料のプロバイダーは、航空宇宙産業を自社製品の重要なターゲットとして特定してきました。航空機は、さまざまな部品を備えた非常に複雑なシステムであるため、生産ツールや材料、特にコンポーネントの重量を減らしたり強度を高めたりできる最先端の開発から恩恵を受けることができます。一部の3D印刷プロセスは、両方を行うと主張しています。

残念ながら、それは航空宇宙が他の業界よりも早く積層造形を採用したことを意味するものではありません。実際、航空機とその無数のコンポーネントは、明らかな理由から、最も厳格な認証とテスト手順を経る必要があるため、3Dプリントされた航空宇宙コンポーネントが構想から実装に至るまでに実際には数年または数十年かかる場合があります。技術はそこにありますが、長年のテストと観察から得られる知識はありません。したがって、危険にさらされている生命が少ない低リスク産業では、積層造形を実装する方がはるかに簡単です。

しかし、3D印刷された航空宇宙製品の実装は遅い可能性がありますが、グレードを作った部品はすでに業界に大きな影響を与えています。 3D印刷されたキャビン内壁のような単純なものから、付加的に製造された金属エンジンコンポーネントのような絶対に重要な部品まで、AMは間違いなく世界で最も収益性が高くペースの速い業界の1つで離陸し始めています。

この記事では、AMが航空宇宙産業で使用されている方法と使用される方法の一部について概説します。

軽量化と強度の最適化

アディティブマニュファクチャリングとサブトラクティブマニュファクチャリングは多くの点で異なり、3Dプリントと従来の代替品のどちらを選択するかによってジレンマが生じることがよくあります。ただし、2つのアプローチの主な違いの1つは、パーツの内部ジオメトリを形成するそれぞれの機能です。

3D印刷は、エンジニアが複雑な幾何学模様を利用して重量を増やさずに内部強度を最大化する部分的に中空の内部を備えたコンポーネントを製造できるため、航空宇宙などの業界で非常に役立ちます。 3Dプリンターは「ボトムアップ」から部品を構築するため、金属製のエンジンコンポーネントやプラスチック製のキャビンパーティションなどの部品内に格子状の構造を作成するために使用できます。成形（液体材料がキャビティ全体を満たすため）や機械加工（切削工具が外部に浸透せずに内部に到達できないため）などの従来のプロセスを使用してこれを行うことは不可能です。

これらの格子構造の重要性を誇張するのは難しいです。航空機を製造する場合、重量1グラムごとに最大の効率が妨げられますが、3D印​​刷では、部分的に中空の格子構造の内部で構成することにより、コンポーネントの質量を大幅に削減できます。格子の織り、曲がりくねった糸は、強度を最大化し、応力を低減するために数学的に最適化された方法で配置でき、軽量部品が完全に固体の代替品と同じくらい強力であることを保証します。さらに重要なことに、これらのスレッド間のスペースは無重力であり、パーツの全体的な質量が減少します。

軽量部品を作成するために3D印刷を使用している航空宇宙会社の例はたくさんあります。 2011年、ボーイングが所有するHRL研究所の研究者は、「世界で最も軽い材料」であると信じている金属の開発を発表しました。その密度はわずか0.9 mg / ccで、発泡スチロールの約100倍の軽量化を実現しました。 「秘訣は、壁の厚さが100ナノメートルで、人間の髪の毛の1,000分の1の薄さの、相互接続された中空のチューブの格子を作ることです」と、研究者の1人であるTobiasSchaedler氏は説明します。

研究者が軽量の3D印刷された格子構造の可能性を探求し続けるにつれて、航空宇宙企業は、軽量化と強度の最適化を目的とした積層造形にますます関与するようになります。

プロトタイプとスペア

アディティブマニュファクチャリングの最大の利点の1つは、どの業界でも、オンデマンドで社内で部品を製造できることです。 3Dプリンターはどこにでも設置でき、ほぼ自律的に動作できるため、3D印刷部品のリードタイムは非常に短くなります。このため、航空宇宙企業は、部品の新しいイテレーションをすばやく作成してすぐにテストできるため、最終的にはR＆Dプロセスが短縮され、部品をより早く完成させることができます。

したがって、より高速なプロトタイピングは航空宇宙での積層造形の主な用途の1つであり、その結果が証明されています。積層造形の巨人Stratasysによると、航空宇宙のプロトタイプに社内3D印刷を使用すると、約43％の時間を節約できます。インジェクションモールディングやCNCツーリングと比較した場合、2Dレーザー切断と比較した場合は約75％です。

航空宇宙が積層造形の恩恵を受けるもう1つの分野は、在庫の維持です。平均的な民間航空機は約400万個の部品で構成されており、そのすべてが同じメーカーによって製造されているわけではありません。つまり、航空機のサプライヤーは、飛行機の修理が必要になった場合に備えて、スペアパーツの膨大な在庫を保持する必要があります。それらのスペアパーツを購入することは、それらすべてを保管するための不動産を取得することと同様に、大きなコストがかかります。

3Dプリンターは、この分野で非常に役立つソリューションを提供できます。航空宇宙企業は、3Dプリンターを現場に保管することで、巨大な倉庫に何百万もの高価なスペアパーツを詰め込む代わりに、スペアパーツのデジタルライブラリをSTLなどの印刷可能な形式で保管することができます。このようにして、企業は必要な場合にのみ部品を3Dプリントできます。デジタルスペアパーツライブラリを使用するこの戦術は、多くの業界で徐々に採用されており、大規模に実装されるまでには数十年かかりますが、航空宇宙は最大の受益者の1つになる可能性があります。

3ERPは、航空宇宙およびその他の業界のクライアント向けにプロトタイプ部品を作成してきた長年の経験があります。プロジェクトの見積もりについては、お問い合わせください。