専門家インタビュー：航空宇宙向け3D印刷に関する、AMのエリコンの主任エンジニアであるMatthew Donovan

グローバルなテクノロジーおよびエンジニアリンググループであるエリコンは、航空宇宙および防衛を含む、最も安全性が重要な業界のいくつかにサービスを提供しています。 。ますます、積層造形がその製品の重要な部分になり、同社は今年初めに米国に5,500万ドルのイノベーションハブおよび高度なコンポーネント生産施設を設立しました。

今週の専門家インタビューでは、エリコンのアディティブマニュファクチャリングのプリンシパルエンジニアであるマシュードノバンと座り、エンドツーエンドのAM生産施設を開発し続け、AMのトレンドを刺激する方法について話し合います。業界の将来にとって標準が重要である理由と注意してください。

エリコンについて教えてください。

Oerlikonはグローバル企業であり、SurfaceSolutionsとManmadeFibersの両方のセグメントで製造リーダーです。表面ソリューションセグメントの一部であるOerlikonAMは、金属粉末からプロトタイピング、量産まで、積層造形ソリューションを提供しています。

どのようにして最初に積層造形に携わったのですか？

私のバックグラウンドは航空宇宙です。エリコンに来る前、私は過去20年間、主にガスタービンエンジン、高温セクションのコンポーネント、燃焼セクションのコンポーネントに取り組んでいました。

私は、主に航空宇宙用ガスタービンエンジンだけでなく、産業用ガスタービンや燃料電池改質装置用の燃料供給システムのバックグラウンドを持っています。また、NASAや他の企業とのさまざまな研究開発にも取り組んできました。そのため、非常に要求の厳しい環境で高強度、高温の材料を使用した経験があります。

私は製造エンジニアとして始め、部品の製造方法と製造方法の詳細を学び、費やしました。それらの同じコンポーネントのフィールド調査を行う品質エンジニアとしての時間。

2006年に高度な製造業で働き始めました。従来の製造業では実際には作成できなかった、困難な形状やコンポーネントに遭遇し始めました。

その時点で、私はMorrisTechnologiesと協力して金属3Dプリントコンポーネントを開発していました。アディティブマニュファクチャリングを使用した燃料噴射装置のコンポーネントの開発を開始しました。

何年にもわたって、私は積層造形を使用していくつかのコンポーネントを開発しました。私はユナイテッドテクノロジーズで働き、主に飛行認証ハードウェアに焦点を当てて、AMテクノロジーの開発と実装において企業全体を支援しました。

これらのコンポーネントの実装に取り​​組んでいるときに、私が発見した大きなギャップの1つは、部品の製造方法と部品の認定方法に関する基準が完全に欠如していることでした。

航空宇宙に関連するコストの多くは、必ずしもコンポーネント自体ではなく、認証です。製造するすべてのコンポーネントに完全なトレーサビリティを提供する必要があります。それをどのように行うか、そして添加剤のためにそれを実装するための標準を開発することは非常に困難でした。

私は2009年頃にASTMF42を使用してAM規格に取り組み始めました。いくつかの規格の草案作成を支援し、その後、いくつかの委員会に参加しました。私は、レーザーによる金属粉末床融合の設計ガイド、ISO ASTM 52911、ISO / TC261およびASTMF42を共同執筆しました。

United Technologiesと協力し、多くの優秀な人材と協力し、多くの優れたリソースにアクセスできるようにすることで、さまざまなイノベーションを生み出し、AM向けの非常に最先端の製品を開発することができました。金属粉床。

エリコンでのあなたの役割にはどのようなものがありますか？

私は2017年にエリコンで働き始め、現在はAMのプリンシパルエンジニアを務めています。私の役割は、生産に対応したAM金属技術の実装と開発に重点を置いてきました。

私たちは、Surface SolutionsGroupのスタートアップ部門としてスタートしました。ノースカロライナ州ハンターズビルに新しい施設を建設しました。これは1年弱前に移転しました。

現在18の金属粉末ベッドシステムを運用している12万平方フィートの施設です。現場では、HIP（熱間静水圧プレス）と真空炉の機能に加えて、後処理、粉末処理、検査の機能があります。

目標は、この施設を真のエンドツーエンドのAM制作ワークフローとして確立し、サプライチェーンのあらゆる側面を制御して、お客様にトレーサビリティを提供できるようにすることです。

その中での私の役割は、主に機械の認証です。私はマシンのOEMと緊密に連携して、マシンのインストールと認定を行い、さまざまなマシンのコンポーネントの機能と相互機能について認定を受けています。

これにより、マシンの機能、個々のマシンの公差と精度を理解して、AMコンポーネントの幾何公差とマシン間の違いを生成し、それらを調整して提供できるようになります。複数のマシンにまたがる同じ製品。

標準化は、特に航空宇宙などの業界にとって、非常に大きな話題となっています。業界に携わってきた時間の経過とともに、物事はどのように発展してきましたか。また、AM標準化の現状はどうなっていますか。

いくつかの非常に良い開発がありました。

特に航空宇宙だけでなく、医療、原子力、エネルギーなどの安全性が重要な他の分野でも基準が必要です。標準の重要な点は、誰もが同じ言語を話し、製品の機能を理解できるようにすることです。

標準がないため、誰もが効果的にパーツを作成し、非常によく似た方法で作業を実行していましたが、同じ方法ではありませんでした。彼らは同じ言語を話していませんでした。人々が同じプロセスを意味するために異なる用語を参照すること、または同じ用語を参照して根本的に異なるプロセスを意味することは非常に一般的です。

標準を開発することで、全面的に同じ言語で話し、たとえば、資格ビルド、原料、または機械資格レベルを参照するときに意味を理解することができます。

航空宇宙分野では、部品を認定できる基準がない場合、または通常は複数の基準を使用して、製造している部品、その機械的特性、性能、公差を特定します。元のロットにまでさかのぼることができ、そこに入った元素の化学組成にまでさかのぼることができます。そうすると、航空宇宙プラットフォームに置くことができなくなります。

信じられないほど複雑な形状を作成し、AMを使用して、他の方法では物理的に不可能な部品を作成できます。 AMで部品を作ることで、重量、時間、材料、コストを大幅に節約できます。

AMが提供する設計と製造の自由度は明らかです。しかし、欠点は、あなたがその部分を作ることができればそれは素晴らしいことですが、それが良い部分であることを証明できない場合、それは誰にも何の役にも立ちません。

標準は、部品を製造および販売し、航空宇宙用の生産でそれらを使用できるようにするために、そのライン全体で私たちを導くものです。

したがって、航空宇宙規格は、部品を作成する前のパズルの重要な要素の1つです。

この分野で長い間、非常に熱心に取り組んできたさまざまな開発組織があります。私は約10年間ASTM規格のボランティアとして働いており、私たちが行っていることの利点を見てきました。

前述したように、私は粉末床溶融の元のチタン標準に貢献しました。その最初のものは私（そして他の何人かの人々）を連れて行きました、その最初のものが検証されるのに2年ちょっとかかりました。その後、その約半分の時間で追加のものを好転させることができました。

今、物事は本当に加速し始めています。 ASTMは最近、アラバマ州オーバーンに拠点を置くセンターオブエクセレンスをオーバーン大学と共同で立ち上げました。

その背後にある目的は、より多くの基準を迅速に達成するために、対象を絞った研究開発資金とコラボレーションパートナーを通じた努力を適用することでした。業界で認識されているギャップと基準を特定するために、業界と政府機関のコラボレーションが数多く行われています。これは、私たちが前進するために必要なことです。

ANSIロードマップについて聞いたことがあるかもしれません。業界の何人かが貢献してくれた非常に優れたドキュメントであり、主要なギャップを特定するために、積層造形の真の生産を実現するために埋める必要があります。

そのロードマップの最新バージョンでは、主に標準領域で91のギャップが特定されたと思いますが、そのうちのいくつかは非常に優先度の高いものです。 ASTMセンターオブエクセレンスは、標準のギャップを埋めるためにR＆Dを適用するために使用されている1つの車両です。

別の分野では、SAEInternationalにはAerospaceMaterials Specification（AMS）があります。添加剤粉末床溶融用の最初のものは、最近リリースされたニッケル合金625用のAMS 7000、7001、7002、および7003でした。

これらは、多くの結果をもたらす優れた一連の作業です。私たちの多くは、すでにこれらの規格を使用して生産部品を開発しています。

AMを採用した経験から、テクノロジーを社内で統合する際の課題は何でしたか。また、そのプロセスをどのように進めましたか。

Oerlikon AMは、航空宇宙や医療など、最も要求の厳しい業界の要件を満たすAMソリューションを提供することを目的としています。

さまざまな施設全体で、AS9100などの適切な品質システムを導入しています。航空宇宙用および医療用ISO13485。しかし、そこに到達するために必要なすべてのシステムを統合することに関しては、パズルのピースを提供するいくつかのソリューションがありますが、それは課題でした。

私たちが必要としているもののすべての側面を、エンドツーエンドでカバーするソリューションは1つではないと思います。しかし、そのエンドツーエンドのサプライチェーン全体の一部をカバーする優れたツールはたくさんあります。

したがって、私たちの課題の1つは、サプライチェーンのさまざまな側面をカバーするソリューションを特定することです。必要な側面をカバーするものを搭載し、それらを統合します。

たとえば、一部のソリューションは財務と在庫を非常にうまく処理しますが、製造ワークフローにはあまり適していません。他の人は製造ワークフローと生産計画をうまく処理しますが、たとえば、ビルド時間の見積もり、材料レビューの問題、または青写真や3Dモデルなどの幾何学的コンポーネントの問題を処理しません。

したがって、多くのことがありますさまざまな側面があり、私たちの課題は、これらすべてのさまざまな要素を統合して、シームレスなエンドツーエンドのソリューションを実現することです。現在はかなり手動のプロセスですが、今後はさらに自動化するよう取り組んでいます。

本番環境でAMをどのように使用したかについてのサクセスストーリーを共有できますか？

承認を得ずにこれらのお客様を具体的に紹介することはできませんが、実際に生産されているコンポーネントがいくつかあります。頭のてっぺんから思い浮かぶのは、航空宇宙および防衛関連のコンポーネントです。

つまり、1つは、軍用ヘリコプターのミッションシステムの一部である飛行コンポーネントです。そのコンポーネントの生産は2年になり、これまでに200台以上の納品に成功しています。

また、地上センサーに使用される別のコンポーネントを作成します。このコンポーネントでは、80の異なる個々のコンポーネントを1つのモノリシックピースに統合したシステムがあります。それも2年近く生産されています。

他にも多くの生産コンポーネントがあります。⁠—石油、ガス、海底探査エリア向けで、海底ロボット工学向けに活発に生産されています⁠—部品を製造している別のお客様向けです。なぜなら、それは石油とガス、掘削と探査、そして海底ロボット工学の両方で積極的に使用されているからです。

テクノロジーと業界全体の両方の観点から、今後5年間で積層造形はどのように進化すると思いますか？

今後5年間で、より多くのマルチレーザーシステムで技術が進化し、部品の生産が速くなり、コンポーネントのコストが削減されると思います。これにより、AMパーツの実装がさらに促進されます。

部品のコストは重要な要素であり、レーザー時間はAMコンポーネントのコストの主な要因です。したがって、これらのマルチレーザーシステムを使用して、より多くのレーザーをパーツに絞り込み、コンポーネントを認証できる場合は、同じパーツをより速く、したがってより安価に構築できます。

もう1つの進化は、より優れたインプロセス監視システムを導入することです。現在、さまざまなメーカーで利用できるものがいくつかありますが、それらの多くは優れたシステムですが、私などのユーザーがそれらを実装できるようにする必要があるレベルにはまだ達していないというのが私の印象です。真の生産率で。

私は、真のインプロセスモニタリングがまもなく行われることを望んでいます。これにより、プロセス中にマシンで何が起こっているかを監視し、コンポーネントが離れる前にコンポーネントの問題を特定できるようになります。マシン。

理想的なシナリオは、問題を特定し、その場でエンジニアリングサポートを使用して修正できる可能性のあるインテリジェントなソフトウェアを用意することです。もちろん、問題がなく、24時間年中無休で稼働している真に堅牢なマシンを使用することをお勧めします。

ワクワクするトレンドはありますか？

私はさまざまな開発に興奮しています。前述のように、進行中の監視システムが1つになっています。

開発および発売されているいくつかの新しい材料もあります。私たちは、特定のお客様が非常に革新的なコンポーネントを作成できるようにするいくつかの異なる材料を開発しています。

もう1つワクワクしているのは、世界中のメーカーがはるかに多様化していることです。初期の頃、ほとんどのAMマシンは、ヨーロッパの少数の国で製造されていました。現在、機械の製造にさまざまな斬新なアプローチを適用している新しいメーカーやさまざまな国があります。

彼らは機械のコストを削減し、業界全体での使用から、オペレーターにとってより直感的なものにすることを学んでいます。

これらのマシンでの最初の数年間の私の経験は、それらが非常にうるさく、多くの注意と「ベビーシッター」を必要とするということでした。そして率直に言って、多くの機械設計は製造にあまり適していませんでした。

現在、機械メーカーはユーザーからフィードバックを受け取っているため、多くの使いやすさが機械に組み込まれています。

しかしまた、世界中のさまざまなメーカーとの競争の激化は、システムの革新を促進し、コストを削減し、機械システムの使いやすさを向上させるのに役立っていると思います。

エリコンの次のステップ、特に監視と運営を支援している施設の次は何ですか？

この施設の短期的な目標は、購入したすべての機器を設置して認定することです。そのため、現在18の金属粉末ベッドシステムがオンラインで稼働しており、それらのシステムの多くで生産ハードウェアを使用しています。

これらの次のステップは、すべてのマシンのすべての材料システムとそれらのデータセットの材料特性を完成させることです。しかし、それは非常に時間と費用がかかります。

幸いなことに、ここには多くの材料、冶金、エンジニアリングの経験を持つ非常に才能のある人々がたくさんいます。私はそのチームのメンバーであることを非常に誇りに思っています。

もう1つの目標は、他のすべての機器を立ち上げて、真のエンドツーエンドの製造生産施設を実現することです。

最近、HIP炉と真空炉をオンラインにし、それらの認定を取得するよう取り組んでいます。

また、いくつかのCNC機器を導入しました。また、後処理用の追加の炉とCNC機器も多数用意しています。したがって、目標は、これらすべての機器を設置、認定、運用上統合して、完全でまとまりのある製造システムを作成することです。

Oerlikonの詳細については、次のWebサイトをご覧ください。 https://www.oerlikon.com/en/