AFRLと大学が3Dプリント炭素繊維/エポキシ複合材を航空宇宙向けに開発

空軍研究所（AFRL、オハイオ州デイトン、米国）複合材部門は、アーカンソー大学、マイアミ大学、ルイジアナ工科大学、テキサス大学エルパソ校と提携し、航空機・宇宙機の構造部品向けに積層造形（3Dプリント）されたエポキシ/炭素繊維複合材の開発を進めています。

プリント材料に使用されるポリマーは、既に空軍システムで使用されているものと同じで、高い熱的・環境耐久性、高強度、極めて軽量になるよう開発されています。

従来の複合材と比較して、AFRLによれば、複雑な積層造形複合部品をより容易に作成でき、高価で時間のかかる硬化プロセスを不要にできるとのことです。また、積層造形は、これらのプロセスが現場やデポで実行可能であるため、部品の製造、組み立て、修理に関わるロジスティクスを簡素化するとされています。

さらに、AFRLはインドなどの国際的同盟国と共同プロジェクトを結成し、複合材3Dプリントを用いて複雑なコア構造を作成しています。これらはトップとボトムのフェイスシートと組み合わせることで、運搬すべき物理的力に合わせて特性を調整した軽量サンドイッチ構造を生み出します。

これらの積層プリントコアの製造機敏性により、金属継手や電気部品などの他材料の容易な挿入が可能になり、組み立てを容易にし、次世代多機能無人航空機向けに埋め込みセンシング、アクチュエーション、演算、電力供給を備えた多機能構造を創出します。

従来のサンドイッチ構造は、航空機外皮全面で同一コア形状を使用します。積層造形サンドイッチ構造では、必要な箇所ではより重い力に耐え、不要な箇所ではより軽量な構造を実現できると報告されています。

「高強度複合部品と治具を迅速にプリントし、ウォーファイターに提供できる可能性は、現場での運用と武器システム開発の加速の両面で莫大な資産となり得る」と、複合材性能研究チームリーダーのジェフリー・バウアー博士は述べています。

チームの成果は、『Journal of Experimental Mechanics』の特集号「Mechanics of Additively Manufactured Materials」に掲載予定です。

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