航空宇宙および防衛における3D印刷の驚くべき進化

これらはまだ飛行に不可欠なハードウェアではないかもしれませんが、民間および軍用機や宇宙船用の3D印刷部品により、重量と材料費の削減が容易になっています。翻訳：ここには、非常に具体的なユースケースのROIがあり、節約を有効に活用することで機能が向上します。

アディティブマニュファクチャリングには明るい未来があります。しかし、それは航空宇宙および防衛産業にとってどれほど明るいでしょうか？ 3D印刷された部品が今日どのように影響を与えているかを探り、いくつかの制限を見ていきます。

3D Systemsと3DDirectionsのエンジニアリングの専門家と話をして、航空宇宙と防衛における積層造形と3Dプリントがどこに向かっているのかを調べました。しかし、最初に、この活気に満ちた業界における業界の進化を見てみましょう。

航空宇宙および防衛向けの3D印刷および積層造形の歴史

航空宇宙および防衛産業、特に米軍は、3D印刷された部品を早期に採用しましたが、プラスチックの耐火性と毒性の評価が飛行用の金属と同等ではなかったため、主にテストとシミュレーションに使用されました。雲。

これらのテストパーツは主にドローンと衛星で使用されていたと、3DSystemsのアプリケーションエンジニアであるBryanNewbrite氏は説明します。 2008年から2013年にかけて、Bluestoneのような添加剤で作られたプラスチックは、風洞などのテストやダクト部品に使用されましたが、シミュレーションにはセラミック樹脂も使用されました。

これらのユースケースは、風の流れを模倣するのに適していました。これらの部品は、人間には使用されませんでした。この時代以前の1990年代半ばには、一部の3Dパーツがクイックキャスティングに使用されていました。

2007年から2013年頃に状況が変わり始めました。

「航空宇宙分野での最大の変化は、実際には難燃性の選択的レーザー焼結の開発でした」とニューブライト氏は言います。 「これは、商用航空で使用され始めた数少ないものの1つです。基本的に、炎色試験に合格するために、ナイロン12またはナイロン11を使用し、難燃剤を添加しました。」

これは、材料が発火することなくある程度の熱を保持でき、有毒ガスを放出することなくすばやく消火できることを意味するため、重要でした。

それは最初に衛星で使用されました。主な理由？投資収益率。

「衛星を静止軌道に乗せるには、1キログラムあたり40,000ドルから50,000ドルかかります」とNewbrite氏は言います。 「したがって、衛星の構造ブラケットまたは内部部材を設計して数キログラムを削ることができれば、添加剤からそれを構築する必要がある実際の追加コストは、十分に処理されます。」

航空宇宙における3D印刷の歴史における極めて重要な瞬間：GEのLEAPエンジン燃料ノズル

商用航空用に作られた最も注目すべき添加剤部品の1つは、LEAPエンジン用のGEによる3Dプリント燃料ノズルでした。これは、研究開発の努力がどのように実現したかを示す輝かしい例であり、イノベーションに対して多くの注目を集めています。

「GEがこのプロジェクトで成功した方法は、それを実現するために総当たり攻撃を使用する必要があったことでした。つまり、印刷可能な実行可能な部品として認定できるようにするために、これらのノズルを何千も構築しました。 」と、積層造形コンサルタントであり機械工学の専門家である3DDirectionsの社長兼創設者であるChrisBarrett氏は説明します。

バレットはユニバーサルテクノロジーコーポレーションで研究科学者として働いており、博士号を取得しています。オハイオ州のヤングスタウン州立大学の候補者。

「彼らが以前にそれを作らなければならなかった方法は、基本的に一緒に押しつぶされた異なるタイプのホイルのトンの層です」とバレットは言います。 「そして、それが彼らが必要とする複雑さを得ることができる唯一の方法でした。 3Dバージョンの場合、同じ階層化アプローチを使用しましたが、手動で実行している様子を示しています。」

GEによると、3Dプリントされたノズルは「以前のモデルの5倍の耐久性」であり、付加的なアプローチにより、「エンジニアは、ろう付けと溶接の数を25からわずか5に減らすシンプルな設計を使用できるようになりました。」

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一般的な3D印刷および積層造形のテーマ：部品、ステップ、または重量の削減

BarrettとNewbriteはどちらも、航空宇宙および防衛用の3D印刷された部品のほとんどは、今日では飛行に不可欠ではないと指摘しています。 GEは燃料ノズルを開発しましたが、大量生産が問題になっています。

「時間の経過とともに、付加的なテクノロジーとアプローチが追いつくと確信しています」とNewbrite氏は言います。 「しかし、コスト面では、現在、実際に大量の製品を生産しているわけではありません。大型民間航空機は非常に効率的になっています。実際、現在のほとんどの使用例は、重量が非常に重要な軍用機、ドローン、無人航空機、衛星に重点を置いています。」

高度で精密なCNCマシンを使用した従来の製造方法は、依然として最も費用効果が高いため、業界を支配し続けるでしょう。

「通常、従来の10〜100倍のコストです」とバレット氏は言います。 「したがって、1日の終わりに一部として10〜100倍の改善を示す必要があります。」

しかし、今日使用されているアプリケーションもあれば、評価されているアプリケーションもあります。ボーイング、エアバス、ハネウェル、GE、ロッキードマーティンなどの大規模な商用および防衛OEMは、積層造形の研究に多額の投資を行っています。

バレットは、飛行機エンジンのほとんどの部品（高度なターボプロップ、ATP）の印刷を試み、チタン超合金の使用に成功したGEの別のR＆Dプロジェクトを指摘しています。

「GEは855個の部品で作られたエンジンを取り、それを約12個に減らしました」とバレットは言います。 「彼らはエンジンの重量を100ポンド減らし、燃料効率を20％向上させることができました。」

GEのATPエンジンのすべての3Dプリントコンポーネントをご覧ください。出典：GE

軽量化により、前モデルよりもパワーが10％向上しました。このエンジンは、TextronAviationのCessnaDenali飛行機の生産に投入される予定です。

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航空宇宙および防衛向けの3D印刷：MROおよびスペアパーツ

3D印刷のより興味深い使用例の1つは、C-130やB-52に見られるような、レガシー航空機用のスペアパーツの作成です。航空機は古いですが、貨物や軍隊の輸送に使用されており、部品の交換がますます困難になっているとバレット氏は説明します。

問題？飛行機は長期間、時にはスペアが不足しているために数年間接地される場合があります。これらの航空機のいくつかは50年前にさかのぼり、企業はもはやそれらの部品を製造していません。または、廃業しています。スペアを作ることをいとわない企業は、スペアを完成させるのに何年もかかるかもしれません。

「私たちがこれを研究し始めたとき、これらの部品のいくつかは、飛行機に座って何十年もの間殴打されてきたため、飛行機が伸びたり歪んだりするにつれて伸びたり歪んだりしていることがわかりました」とバレットは言います。 「つまり、各部分は少し異なります。現在の90度の回転は90度ではなくなったため、85度になる可能性があります。ええと、これらすべての違いを説明する1つの鋳造型を作ることはできません。したがって、3Dプリントに最適です。」

3D Systemsなどの企業は、3Dスキャナーを平面に持ち込み、デジタルファイルを作成し、現在の状態でその部品の形状と形状に合うように調整された各部品を印刷することで、平面ごとにカスタム部品を作成できます。

従来の軍用機用に製造されているMROとスペアパーツを参照してください。出典：3D Systems

このレガシースペアプロジェクトには、空軍研究所が資金提供するMAMLS（Maturation of Advanced Manufacturing for Low-Cost Sustainment）と呼ばれるイニシアチブを通じて、多くの公的および民間組織が関与しています。

C-130機を導入したメーカーの1つは、2018 International ManufacturingTechnologyShowでBetterMROに取り上げられたMetroAerospaceです。メトロエアロスペースは、マイクロベーン部品を軍隊に納入してきました。マイクロベーンは、ガラスとナイロンのビーズを含む、軽量で非腐食性の耐久性のあるポリマー複合材料でできています。

Metro Aerospaceの課題と制作の成功については、記事「」をご覧ください。 航空宇宙で3Dプリントされた部品を市場に出す方法 。」

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