航空宇宙および防衛における複合材料を使用した積層造形

DoDの積層造形のアプリケーションと3D印刷の業界への影響力の高まりに関する、空軍エンジニアからの洞察

ジョーダン ヴァイニンガー は、米国空軍のAdvancedCompositesエンジニアです。彼はヒル空軍基地のAdvancedCompositesOfficeで働いています。ここでジョーダン・ヴァイニンガーが共有した意見は、彼自身の経験に基づいており、米空軍の意見を反映したものではありません。

将来の製造技術はすでにここにありますが、課題は、これらの技術を、違いを生むことができる業界に導入することです。テクノロジーを作成するだけでなく、これらの新しいテクノロジーを現実の世界に実装するために、繰り返し可能なプロセスとBベースの許容値（特定の材料で部品を設計するために必要な最小許容機械特性）を確保することも重要です。

ヒル空軍基地の高度な複合材料グループでの複合工学の現在の仕事を通じて、私は幸運にも、航空宇宙および防衛産業における高度な積層造形技術のアプリケーション、および産業用3Dへのより大きな影響についての洞察を得ることができました。 DoDの外部での印刷。

アメリカ空軍の複合工学

複合工学は、毎年ますます多くの産業に適用されている分野です。この種の分野で働きたいという願望は、私を空軍、特にAdvanced CompositesOfficeに導きました。これは空軍のオフィスですが、すべての国防総省の組織をサポートしています。複合材料の設計、分析、エンジニアリング、および修理の問題に加えて、国防総省組織とその従業員向けの1週間のコースも指導しています。これらのコースには、複合材料工学の概要をカバーするカリキュラムと、より高度な技術者トレーニングコースが含まれています。これらのコースでは、国防総省全体の学生が複合材料の設計と修理の経験を積むことができます。

3Dプリントの産業拡大

さまざまな業界で働いている間、企業、特に中小企業のプロトタイピングの問題を相加的に解決することについて、数え切れないほどの話を目にしました。中小企業の製造ライフサイクルでは、大量生産を増やすために必要な手順を実行する前に、機能コンポーネントのプロトタイプを作成する機能が成功に不可欠です。

金属から複合材料、熱可塑性プラスチックまで、PLAだけでなく、今日の多様な印刷可能な材料により、3D印刷はエンジニアの適合性と機能テストを可能にし、製品開発の初期段階でビジネスケースを作成するために必要なデジタル化媒体を提供します。。 1つの問題を完全に解決するのは必ずしも付加的な部分ではありませんが、一般的に3D印刷です。 3D印刷のテクノロジーは、設計プロセスの非常に多くの重要なステップを強化するため、生産上の問題を簡単に解決できます。

ブラケットとヒンジ、マウント、ショップエイドなどのツーリングで積層造形の成長が見られると思います。近い将来、機能的な最終用途の部品スペースを含む3D印刷が見られるでしょう。それは誰もが自分のガレージで印刷できるPLAから始まりました。現在、Markforgedのような企業が複合材料や金属を印刷できるようになったことで、これらのより強力でより有用な材料は、積層造形へのまったく新しい扉を開きます。

3D印刷に利用できる材料の品質と強度は、あらゆるタイプのビジネスの経済的および技術的な選択を変えます。現在、生産量の少ない部品の場合、3D印刷は、金型を実行したり、ビレットからCNC部品を作成したりするよりも安価です。これにより、3Dプリントを採用する一連の新しい業界への扉が開かれます。

空軍が添加剤に変わっている理由

空軍や軍隊での3Dプリントの直接的な用途も増えています。軍による積層造形の使用に直接適用される2つの重要な領域があります。

1。少量生産： 私たちが特に取り組んでいる航空機については、生産部品のように数十万の部品を製造しているわけではありません。航空宇宙および軍事用途は、ほとんどが小規模な生産であり、利用可能な積層造形技術によっては、これらの部品を現場で生産できる場合もあります。

2。分散製造： 添加剤の力は、その分散特性にもあります。 3Dプリンターをさまざまなベースに安価に配置できる場合、何かが壊れた場合でも、世界中から新しい部品を出荷する必要はありません。アディティブマニュファクチャリングを備えた単一の生産ソースに依存する必要はありません。複数の場所にある複数のプリンターでパーツを作成できます。

これらの要因により、軍事および航空宇宙用途で積層造形がはるかに大きな役割を果たしていると思います。

老朽化した航空機修理のための追加工具-MRO

高度な複合材オフィスは、特に老朽化した航空機の修理をカバーするライフサイクル管理センターを通じて、複合材の設計、分析、エンジニアリング、および修理のソリューションを見つける任務を負っています。多くの場合、航空機の元の工具が破壊されたり置き忘れられたりしており、添加剤を使用して、航空機の飛行を維持するためにそれらの航空機の新しい工具を作成できる可能性があります。

私の主な目的の1つは、これらの航空機用の複合材を作成できるように、添加剤ツールを開発することです。工具やCADデータがなくなった老朽化した航空機の部品を作成する場合、既存の部品の3Dスキャンを作成し、そこからバックトラックしてモデルを作成し、3D印刷して使用することがあります。その部分のためのツール。

複合工具の積層造形

高度な複合材料のオフィスに関しては、複合材料の観点から3D印刷に関心があり、それが製造プロセスにどのように役立つかを考えています。現在、多くの企業が大規模な溶融堆積モデリング（FDM）3D印刷部品を工具に使用していますが、機械部品をプリンターから取り外した後、複合ラボの準備をする前に、機械部品をポストする必要があります。つまり、正確なCAD図面またはCADモデルを3D印刷してから、これをCNCマシンに配置し、マシンバックしてから、シーラントを混合して複合レイアップを準備し、真空気密にし、離型剤を離型する必要があります。これは、CNCに配置するステップであり、積層造形ツールの多くの利点が失われるため、排除したいと考えています。

私の見解では、積層造形ツールの多くの利点は、CAD設計に正確な部品をすばやく簡単に入手できることです。複合部品を作成するために使用する前にその金型をポストマシンで処理する必要がある場合は、ある種のツーリングボードを使用することもできます。これは、はるかに安価で、同じように簡単に加工できます。ただし、後加工工程をなくすことができれば、時間とエネルギーを大幅に節約できます。後加工や手作業による研磨など、形状の精度を低下させる可能性のない、真空気密な表面仕上げの3D印刷部品を製造すると、複合工具に積層造形が広く使用されている世界を見ることができます。これは、3D印刷の地平線上にある、非常に影響力の大きい領域です。

画像クレジット： ヒル空軍基地フォトギャラリー

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