AEROTECが先進ハイブリッドCFRP-AM設計を発表、軽量航空機構造を実現
現代の航空機構造は多くの異なる材料で構成されています。例えば、Airbus A350 XWBの胴体と翼構造は主に複合材で、一部金属部品があります。ここでは、古典的なハイブリッド設計としてボルトとリベットで部品を接合します。この設計は高い組立時間、工数、コストを招きます。また、この古典的ハイブリッド設計での多数のファスナーは不必要な重量をもたらし、荷重導入点での応力集中も生じます。
TOASTプロジェクトで、Premium AEROTEC(ドイツ・アウクスブルク)、A350胴体構造のティア1サプライヤーが、複合材と金属の接合における全く新しい方法を提示しました。これにより、ボルトとリベットを用いた古典的ハイブリッド設計の欠点を排除できます。Premium AEROTECは、航空機エアブレーキ様構造のデモンストレーターを5ヶ月未満で開発・製造し、現代的なハイブリッド設計を採用しました。これには、積層造形(AM)で製造されたチタン荷重導入フィッティングと、炭素繊維強化ポリマー(CFRP)熱可塑性複合材プレートが、熱可塑性複合材オーバーモールディングで接合されています。
このデモンストレーターの革新は、ボルトやファスナーなしで異材料を接合した点です。これは積層造形と熱可塑性オーバーモールディングの使用によってのみ可能になりました。チタンフィッティングは下面にピンを持ち、ジャイロイド構造で設計されたリブを備え、両方ともAMで容易に製造可能です。AMチタン部品と熱可塑性複合材プレートをサーモフォーミング金型に配置し、熱成形プロセスで2つのコンポーネントをプレスし、直後に射出成形ステップを実行。このステップで、V字型熱可塑性複合材リブがオーバーモールドされ、チタンフィッティングのスポンジ状ジャイロイドリブに押し込まれます。
このハイブリッドデモンストレーターの接合は、材料接合(CFRP-CFRP)または形態閉鎖(チタンAM-CFRP)で実現されました。並行して、接合部の機械的特性を決定する構造試験が実施されました。これらの試験では、リベットやボルトと同等の荷重伝達能力が示されました。
機械的ファスナーを使用する古典的設計と比較したこの現代的ハイブリッド設計の利点には、ファスナーなしの高速製造・組立、必要部品数の削減、組立プロセスステップの短縮と自動化が含まれます。また、AMと射出成形で活用される設計自由度の効率性により軽量化が実現します。この技術は、荷重を点と面の間で伝達する必要があるあらゆる場面に適用可能です。
Premium AEROTECは、シリアル航空機生産向けにチタン合金製3Dプリント部品を世界で初めて供給したコンポーネントメーカーです。Premium AEROTECは航空業界のグローバルプレーヤーで、2018年に20億ユーロの売上を達成。コアビジネスは金属と炭素繊維複合材料による航空機構造の設計・建設です。ドイツのアウクスブルク、ブレーメン、ハンブルク、ノルデンハム、ファレル、ルーマニアのブラショフに拠点を持ち、世界で約10,000人を雇用しています。
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