複合材料の積層造形：航空宇宙・防衛分野を前進させる

空軍エンジニアからの洞察：国防総省における積層造形の活用と産業界への波及効果

ジョーダン・ワイニング氏は、ヒル空軍基地の米空軍先進複合材料オフィスで先進複合材料エンジニアを務めています。本稿で述べられている見解は氏個人のものであり、米空軍の公式見解を代表するものではありません。

次世代製造技術はすでに実用段階に入っています。真の課題は、それらを最も恩恵を受ける産業にいかに統合するかにあります。技術を開発するだけでなく、実用的な現場展開を可能にする反復可能なプロセスの確立と、最小許容機械的特性（Bベイス許容値）の定義が不可欠です。

ヒル空軍基地の先進複合材料チームでの業務を通じて、積層造形が航空宇宙・防衛分野をどう再構築し、商業用3Dプリンティングにどのような広範な影響を与えているかを直接目の当たりにしてきました。

米空軍における複合材料エンジニアリング

複合材料エンジニアリングは、産業界全体でますます重要性を増しています。私のキャリアは空軍、具体的には全米国防総省機関を支援する先進複合材料オフィスへと導かれました。設計・解析・修理にとどまらず、国防総省要員向けに複合材料の基礎から上級技術者トレーニングまでを網羅した1週間のコースを実施し、設計と修理の実践経験を提供しています。

産業界における3Dプリンティングの拡大

多様な分野で、積層造形は特に中小規模メーカーにとって試作の要となっています。量産前の機能試作を迅速に作れることは決定的なアドバンテージです。

金属、複合材料、先進熱可塑性樹脂まで広がる今日のマテリアルライブラリにより、エンジニアは開発初期段階でフィット・機能試験を行い、コンセプトをデジタル化できます。この技術は設計を効率化し、リードタイムを短縮し、少量部品のコストを削減します。多くの場合、従来の金型やNC加工よりも3Dプリンティングの方が経済的です。

今後は治工具（ブラケット、ヒンジ、マウント、ショップエイド）への活用が拡大し、最終用途の機能部品への展開も予想されます。Markforgedのような企業は、航空宇宙・防衛用途に必要な強度を備えた複合材料と金属の造形を実現しています。

空軍が積層造形に注目する理由

空軍および広範な防衛コミュニティにおける3Dプリンティングの直接的な応用は、主に2つの領域で拡大しています。

1. 少量生産。 航空機プログラムでは限定生産部品が頻繁に必要とされ、適切な積層技術があれば現地で生産可能です。

2. 分散製造。 手頃な価格のプリンタを複数の基地に配備することで、重要部品を現地で生産し、世界中へ部品を輸送する必要性を排除、ダウンタイムを削減できます。

これらの能力が、軍事・航空宇宙作戦における積層造形への広範なシフトを推進しています。

老朽化航空機修理のための積層造形治工具（MRO）

先進複合材料オフィスは、ライフサイクル管理センターの一環として、老朽化航空機のメンテナンスに焦点を当て、複合材料の設計・解析・エンジニアリング・修理を行っています。オリジナルの治工具が紛失または入手不能になった場合、積層造形により新たな治工具を作成し、耐空性を維持できます。

アプローチは多くの場合、既存部品の3Dスキャンから始まり、そこから3Dプリントに適したCADモデルを再構築します。その結果得られた治工具を用いて、レガシー治工具がなくなった航空機向けの複合部品を製造します。

複合材料治工具のための積層造形

多くの防衛請負業者は、大規模な熱溶解積層法（FDM）部品を治工具に使用しており、複合材料積層前に後加工が必要です。この中間工程が、積層造形が提供する効率性を一部損なっています。

真空保持仕上げで直接治工具を造形し、NC加工と追加の表面処理を不要にすることで、時間・コスト・材料廃棄を削減できます。その結果、治工具はCAD仕様と精密に一致し、複合材料生産サイクルを加速、防衛製造における3Dプリンティングのより高度な応用を解き放ちます。

画像提供：ヒル空軍基地フォトギャラリー