3D プリントは航空宇宙産業にどのような貢献をしますか?

航空宇宙産業は非常に要求の厳しい環境です .継続的な摩耗、高圧および高温条件に耐えることができる完璧な要素が必要です。 絶え間ない革新があります コンポーネントが強く、耐性がありながら軽量であることを確認するための研究が進行中です 、航空機のパフォーマンスを向上させ、メンテナンス作業を容易にし、従業員の生産性を高めます。この不可欠な品質と信頼性は、商用フライトのスケジュールと予約、および軍用機の緊急性と要求される 24 時間年中無休の準備とのバランスを取る必要があります。 生産および物流チェーンで問題が発生した場合 、可用性、品質、さらには安全性 民間および軍事飛行の危険にさらされる可能性があります .

航空宇宙産業における AM の進化

ここにアディティブ マニュファクチャリングが登場します。 3D プリントの進化の初期段階 、それは非常に革新的でしたが、かなり制限された製造方法でした. 3D プリンターは高価な投資であり、速度が遅く、小さすぎて大規模な産業用途には使用できませんでした。さらに、特に技術工学材料の材料市場は非常に限られており、3D プリンター メーカーは多くの場合、自社の材料を自社のプリンターで使用することのみを許可していました (ベンダー ロックイン)。 3D プリントの時代は過ぎ去りました。

今日、アディティブ マニュファクチャリングは十分に発達した業界であり、設計の優れた柔軟性、材料とプリンターの互換性、専用ソフトウェアを備えています。 正確な設計とリバース エンジニアリングを可能にする、高度な素材の豊富な選択肢 最も特殊な用途には、大規模なビルド エリアを備えた大規模な 3D プリンターと、CNC の対応物と比較して不利にならない軽量の部品を製造する能力があります。

ビデオ 1. Airbus は、生産ラインに AM ソリューションを採用しています。出典:エアバス.

航空宇宙産業は、従来のアルミニウム製部品と同等の性能を発揮できる軽量部品を目指しています .軽量化（軽量化）により、飛行機はより速く、より遠くまで、より少ない燃料消費で飛ぶことができます。重量が 500 kg 減少するごとに、燃料消費量が約 1 % 減少し、二酸化炭素排出量も減少します。

航空宇宙における AM の貢献

航空宇宙産業における革新のアイデアは、非常に綿密な評価プロセスを経て、新しい材料または技術が飛行および航空機の安全に関する数多くの厳格な FAA 規制を満たしているかどうかを確認する必要があります。 、航空機が商用または軍用のいずれであっても。多くの時代遅れの航空機には、後に有毒であることが判明したため交換が必要な材料を使用して製造されたコンポーネント、または単に製造されなくなり、再作成する必要がある材料が含まれています.

アディティブ マニュファクチャリング 企業は、FAA によって認定された幅広いフィラメントを提供しています。 引っ張り強度、耐薬品性、耐熱性に優れていますが、有害な副作用がありません .このような材料の例としては、Essentium PEI 9085 ULTEM などの PAEK ファミリーのフィラメントがあります。 フィラメント、エッセンシアム PEEK または Essentium PEKK .これらのフィラメントは、飛行中の用途に使用できます。 ULTEM PEI フィラメントは、照明システム、電気スイッチ、ハウジング、電球ソケットの 3D プリント部品に使用されました。

画像 1. 宇宙ロケットで使用される環境制御コンジット。 Essentium ULTEM 9085 フィラメントでプリント。出典:エッセンシアム。

PEEK フィラメントは、航空機内の光ケーブルと電気システムを絶縁および保護するためのアルミニウム製エンジン部品、ベアリング、バルブ、および光コンジットを置き換えるために航空宇宙産業で使用されています。

柔軟で即時の社内メンテナンス

航空宇宙における 3D プリンティングの役割は、試作のみの段階を過ぎましたが、AM はまだその目的で使用されています。航空宇宙産業における製造の規模とコストを考えると、射出成形と CNC 機械加工による従来のプロトタイプ作成方法は、時間とリソースを消費します。 .飛行機またはその部品のプロトタイプを 3D プリントすると、プロトタイプの製造と調整のコスト、材料の無駄と遅延が大幅に削減され、CNC よりもはるかに複雑な構造の製造が可能になります。

画像 2. 3D プリントされた飛行機のプロトタイプ。出典:エッセンシアム。

衛星 (宇宙船のアンテナ)、ドローン、無人航空機 (ローター ブレードとエンジン部品) のコンポーネントの製造を除けば、航空宇宙産業で最も一般的な AM アプリケーションは、地上部品の製造と重要でない非重要部品の製造です。 -耐荷重性の飛行中のコンポーネント .

航空機は非常に高価な投資であるため、古い航空機ユニットは、必要以上に長く使用されることがよくあります。アディティブ マニュファクチャリングは、小さなメンテナンス タスクに最適なテクノロジーです。 .これには、3D プリントによる機内の必須ではないコンポーネントの欠落または損傷が含まれます カップ ホルダー、トレイ、トイレの蓋、エア ダクト、計器盤など。AM のおかげで、リバース エンジニアリングによって、設計図がなくても要素を再現できます。 - パーツをスキャンし、設計ソフトウェアで処理してから 3D プリントします。

画像 3. 3D で印刷されたタービン。出典:エッセンシアム。

同じことがあらゆる種類の工具、治具、治具に当てはまります .その点で、地上支援機器はそのような精査の対象にならないため、3D プリントによるイノベーションは実装がはるかに簡単です。 耐空部品としてFAAによって。元のツールが製造されなくなった場合でも、計画から、または適合するはずのネジまたは要素に基づいてツール設計を適合させることにより、3D プリントすることができます。従来のサブトラクティブ マニュファクチャリングでは、このプロセスはより多くの時間と材料を消費します。工具、治具、固定具を<​​strong>軽量かつ効率的にするため 、炭素繊維、ガラス繊維、または金属で強化された素材 に使える。これにより、アルミニウムより最大 50% 軽量でありながら、優れた強度と耐熱性を備えた部品が得られます。この目的に適した優れたフィラメントは、Essentium HTN CF25 です。 フィラメント、PA CF フィラメント、または ABS MG94 フィラメント。強度、耐性、軽さの他に、航空宇宙産業向けのフィラメントに必要なその他の機能として、難燃性と ESD 安全性があります。 .生産フロアとメンテナンス ゾーンは、温度が上昇し、爆発物や静電気が発生する可能性があるスペースであり、機器と従業員の両方にとって非常に危険な組み合わせです。エッセンシアム TPU 90A FR フィラメントには難燃性があり、火災とその広がりのリスクを大幅に最小限に抑えます。格納庫や飛行機周辺で使用される工具、治具、備品に最適です。

画像 4. Essentium TPU 58D-AS で作られた安全部品。出典:エッセンシアム。

エッセンシアム TPU 58D-AS 一方、 は航空宇宙産業向けに特別に設計されたフィラメントで、飛行前に取り外される部品の製造に使用されます (したがって、注意を促す赤色 ）。 TPU 58D-AS は、飛行機のナビゲーション システムなどの機能を適切に機能させるために非常に重要な、人間や電子部品にとって危険な静電気放電のリスクを軽減します。

Essentium 9085 ULTEM エッセンティウム PEEK Essentium TPU 90A-FR 難燃性 エッセンティウム TPU 58D-AS

ロジスティクスの限界を克服する

飛行機を安全で飛行準備が整った状態に維持し、任務に備えます 民間および軍事航空宇宙産業の両方で、絶え間ない革新よりもさらに重要です。アディティブ マニュファクチャリングは、これらの業界で非常に多くのアプリケーションを持っています。なぜなら、旅客輸送会社、宅配会社、軍隊が航空機のメンテナンスにおいてより独立性と柔軟性を持てるようになるからです。

Covid-19 パンデミック 非常に多くの方法で世界を変えました。航空宇宙産業も例外ではありませんでした。多くのサプライ チェーンが予期せぬ期間にわたって突然停止したためです。 .これは、従来の製造モデルの結果である請負業者と配送会社への依存により、生産、保守、および配送業務を停滞させています。多くの民間航空会社がフライトのキャンセルにより多大な経済的損失を被りました 、つまり、コストを削減する新しい方法を探す必要がありました .アディティブ マニュファクチャリングはその答えです。

伝統的な製造方法 、CNC など、ESD セーフ コンポーネント、耐腐食性コンポーネント、および高温コンポーネントの製造には、高価なサービスを使用する必要があります。 3 人の異なる請負業者 、変化に富み、待ち時間が長い (請負業者の供給元にもよります)、海外に駐留する軍用機の場合、複雑または不可能な配達。

画像 5. 反復製造の例。出典:エッセンシアム。

もう 1 つの問題は、1 回限りのツールまたは期間限定の交換部品です。 航空宇宙産業ではどこにでもあります。射出成形や CNC 機械加工に頼って 1 回だけ使用する独自のツールを作成すると、不必要なコストと不必要に長い待ち時間が発生します。 単一の 3D プリンタを現場で使用して、さまざまな高度な技術的フィラメントを使用してこれらすべての部品を製造できるため、これらすべてを 3D プリントで解決できます。 はるかに低コストで、遅延のリスクも低くなります。この製造方法は、倉庫保管の必要性も排除します 必要な部品はいつでもどこでも必要に応じて 3D プリントできるため、保守作業を行うために世界中でスペア部品を入手できます。これらの小さな改善はすべて、全体的な簡素化とサプライ チェーンと生産チェーンの短縮につながります。 結果としてコストが削減され、航空機が排出する二酸化炭素排出量のバランスを取る .

実際の例

実際の航空宇宙のコンテキストにおける AM 技術の適用の好例は、アクスル ボックスです。 会社。 SkyFire 用のドローン プラットフォームを開発しました 、林業と防火のために クライアント。これらの要素は、火、水、風などの大規模な空中消火活動の条件に耐えることができなければなりませんでした。部品は最低のコストで製造されました 最短のリードタイムで 競争と比較して。 Essentium HTN CF25 で 3D プリントされたドローンのミッドボディ PA CF のフィラメントとサイド カバー フィラメント。両方の材料が飛行試験で予想を超えた性能を発揮 、優れた機械的特性と高速性を示します。

ビデオ 2. Axle Box によるドローン着陸プラットフォーム用の 3D プリント部品。出典:エッセンシアム。

飛行機でよくある故障は油圧の故障です 、主に航空機の重量と飛行中に耐えるストレスによるものです。油圧の故障を修理するプロセスは、故障の原因にアクセスし、取り付け中に交換品を所定の位置に保持するために数人の技術者が必要だったため、時間と労力の面で非常に困難でした。これらの油圧障害は非常に頻繁に発生し、修理に非常に費用がかかるため、大手航空宇宙メーカーは交換部品を所定の位置に保持するブレースを 3D プリントすることを決定しました。プロセスを支援するための人員を追加する必要はありません。 .

航空宇宙へのアディティブ マニュファクチャリングの導入は、AM と航空宇宙産業の両方にとって画期的な開発でした。 .航空宇宙産業で必要とされる高度な特性を備えた特殊な材料が数多くあるため、3D プリンティングの世界にとって刺激的で変革的な課題となっています。また、航空宇宙産業にとっては、3D プリンティングがもたらす印象的なスピード、スケール、および反復の可能性のおかげで、設計の柔軟性の向上、コスト削減、物流の独立性に向けた大きな一歩となりました.