航空機製造における 3D プリントの 9 つの主な制限

航空業界では、航空機部品の製造に 3D プリンティング (積層造形) の採用が増えています。このテクノロジーには、材料の無駄の削減、生産時間の短縮、設計の柔軟性の向上など、いくつかの利点があります。ただし、その利点にもかかわらず、3D プリントには航空機部品の性能、安全性、費用対効果に影響を与える可能性があるさまざまな制限もあります。

この記事では、航空分野での 3D プリント コンポーネントの応用に影響を与える 9 つの主要な制限について検討します。これらには、材料の制約、規制上のハードル、設備コスト、高度なスキルを持つ技術者の必要性などの課題が含まれます。これらの問題は重大な障害となりますが、多くは継続的な研究、プロセスの改善、技術の進歩によって解決できます。

1.品質管理

品質管理は、最終製品が望ましい要件と基準を満たしていることを確認するプロセスです。 3D プリンティングの世界では、品質管理は細部への細心の注意を必要とする難しいプロセスです。これは、3D プリントには空隙、層間剥離、層の不一致などの欠陥が生じ、航空機の構造的完全性が損なわれる可能性があるためです。メーカーは、この問題に対処するために、最先端の検査ツールに投資するだけでなく、品質管理手順を開発および実装する必要があります。たとえば、ボーイング社は CT スキャンを使用して 3D プリント部品の内部欠陥を見つけています。

2.規制の遵守

航空機産業では、規制順守を通じて安全性と品質の基準が満たされています。 3D プリントの欠点の 1 つは、連邦航空局 (FAA) などの機関によって定められた規制に準拠していない可能性があることです。 3D プリントされた航空機部品の認証手順と基準を作成することで、コンプライアンスを向上させることができます。ボーイング 787 ドリームライナー航空機で使用するために、FAA は 3D プリントされたチタン ブラケットを認定しました。

3.後処理

後処理とは、3D プリント部品を完成させるために必要な追加の手順を指します。サンディング、研磨、コーティングは、航空機産業で使用される後処理技術のほんの一部です。製造プロセスに時間と費用がかかるため、デメリットとなります。ただし、より効果的な印刷方法と材料を開発することで、この問題を解決できます。たとえば、GE アビエーションは、後処理ステップがわずかしか必要ない 3D プリント燃料ノズルを開発しました。

4.著作権に関する問題

航空機産業では、企業が著作権で保護されている部品を許可を得ずに印刷する可能性があるため、3D プリンティングは著作権侵害の問題につながる可能性があります。著作権侵害により、法的トラブルや金銭的罰金が発生する可能性があります。これに対処するために、企業は独自のデザインを作成するか、著作権で保護されたコンポーネントを使用するライセンスを取得することができます。たとえば、エアバスは 3D 印刷会社マテリアライズと提携して、航空機部品の開発と印刷を行っています。

5.限定素材

航空機部品の 3D プリントの重大な欠点の 1 つは、適切な材料の入手が限られていることであり、この技術を使用して製造できる部品の範囲が制限されます。航空業界によって設定された特定の特性の基準に準拠した特殊な材料が必要なため、材料の選択に制限が生じます。この問題を解決するには、航空宇宙産業での 3D プリント用に特別に設計された新しい材料を作成するか、既存の材料を変更して互換性を高めることが考えられます。航空業界は現在、3D プリントに限られたプラスチックと金属のみを使用しているため、航空機の性能と安全性に影響を与える可能性のある設計制限が課せられています。

6.高額な初期投資

初期投資が高いということは、3D プリンティング技術とそれを航空機産業に実装するために必要なインフラストラクチャを取得するための高額なコストを指します。この欠点により、中小企業にとってテクノロジーへのアクセスが難しくなる可能性があります。この障害を克服するには、より強力な企業との提携や政府の資金提供が必要になる場合があります。エアバスと Stratasys が協力して 3D プリンティング技術を航空機製造プロセスに統合したことが、これを示しています。

7.製造業で失われる雇用

航空機産業における 3D プリンティング技術の使用は、予期せぬ結果をもたらす可能性があります。つまり、高度に自動化された製造プロセスは雇用の削減につながる可能性があります。 3D プリンティングは生産のスピードアップと合理化を可能にしますが、手作業の必要性も減り、熟練労働者の職を失う可能性もあります。この問題に対する 1 つの解決策は、従業員を再訓練して 3D プリンティングに習熟するか、その分野内の知識を他のアプリケーションに応用することを検討することかもしれません。たとえば、3D プリント部品の改善と設計に集中する可能性があります。

8.設計エラー

製造に関して言えば、設計エラーとは、完成品の動作上の問題や安全上の危険につながる可能性のある、部品またはコンポーネントの計画における欠陥や省略を指します。航空業界での 3D プリンティングの使用には、運航中に重要なコンポーネントの故障につながる可能性があるため、重大な欠点があります。この問題に対処するには、徹底的なテストや分析など、綿密な設計検証と検証手順を実装する必要があります。不適切な材料選択や加工条件の結果として現れる亀裂や気孔は、3D プリントされた航空宇宙コンポーネントの設計ミスの例です。

9.サイズ制限

3D プリントでは、サイズ制限は、生成できるオブジェクトの最大サイズに関係します。その結果、大型の構造部品の製造が困難となり、航空機産業にとっては不利な点となります。大型のコンポーネントの場合は、CNC 加工や複合レイアップなどの代替製造プロセスを使用して、この問題に対処できます。たとえば、エアバスは、小さなブラケットやフィッティングには 3D プリントを利用していますが、大きなコンポーネントには従来の製造技術を使用しています。