アディティブ製造が航空宇宙・防衛に革命をもたらす5つの鍵

アディティブ製造（積層造形）は、小規模プロトタイプの製作から洗練されたロケットエンジンの生産まで、無数の業界と用途で活用できます。アディティブ製造技術を自社の製造業務に取り入れるか迷っているなら、航空宇宙・防衛業界でのその多くのメリットと先駆的な応用を検討してみてください。

クイックリンク

• アディティブ製造とは？
• アディティブ製造のメリット
• 航空宇宙でのアディティブ製造活用
• 軍事・防衛での3Dプリント活用
• アディティブ製造のメリットについてもっと知りたい方へ

アディティブ製造とは？

アディティブ製造は、3Dプリントとしても知られ、デジタル3DまたはCADモデルから三次元オブジェクトを作成するプロセスです。名前が示す通り、アディティブ製造は材料を層ごとに積み重ねてオブジェクトを構築します。使用材料には金属粉末、プラスチック、セラミックなどがあります。アディティブ製造は、機械加工、切削、旋削、成形、フライス加工などの「減法的」製造プロセスを補完し、場合によっては完全に置き換えることができます。

アディティブ製造プロセスでは、CAD（コンピュータ支援設計）ソフトウェアでオブジェクトを設計するか、プリント対象オブジェクトをスキャンします。ソフトウェアはスキャンを3Dプリント機が層ごとに追従する精密なフレームワークに変換します。

アディティブ製造のメリット

アディティブ製造の活用には多数の利点があります：

開発コストの削減

先進製造技術は初期コストが高いイメージがありますが、長期的な開発コスト削減によりコストメリットが生まれます。3Dプリントの主な利点の一つは人件費削減です。後処理を除けば、ほとんどのプリンターは自立稼働し、オペレーターの介入をほぼ必要としません。したがって、アディティブ製造プロセスに関連する人件費は、高度な熟練オペレーターを必要とする従来型製造プロセスと比較して本質的に無視できるレベルです。

また、少量生産におけるアディティブ製造は、従来型製造と比較してコスト競争力があります。プロトタイプを3Dプリントする方が、射出成形（ダイのリードタイムとコストを考慮）、フライス加工、機械加工など他の製造方法で生産するより、多くの場合大幅に安価です。

製品廃棄物の削減

コンピュータプログラムで設計案を作成しプリントに送ることで、新設計の作成・生産時間が大幅に短縮され、廃棄物も減らせます。このデジタル・トゥ・デジタルプロセスは、材料廃棄物につながる従来型プロトタイピングの中間ステップを排除します。使用材料によっては、チタンなど必要材料が高価な場合、大幅なコスト削減にもつながります。

さらに、3Dプリントはターンアラウンドタイムを加速します。迅速な反復作成により、従来型製造では数週間、場合によっては数ヶ月かかっていたエンジニアリング・設計上の問題を早期発見できます。アディティブ製造は、通常は製造が困難または高コストすぎる複雑な設計の作成を可能にするため、プロセス開発を従来型プロセスより速く完了できます。これにより、より多くの時間と資金を他用途に活用できます。全体として、アディティブ製造は廃棄物削減と支出抑制で、より効果的かつ効率的な設計プロセスを提供します。

真に先進的なプロトタイピング

アディティブ製造なら、3Dプリンターでプロトタイプを設計・製作するのに数時間で済みます——数週間ではありません！ 「製造のための設計」ではなく、「ユーティリティと使用のための製造」が可能になります。さらに、部品を複雑な顧客仕様に合わせて特別に生産できます。これはプロトタイピングのゲームチェンジャーです。

アディティブ製造とは、新製品のモックアップを迅速に作成し、特定の市場ニッチに合う部品を生産できることを意味し、高利益率製品の生産につながる可能性があります。全体的な製造プロセスが、アディティブ製造の導入により開始から完了までさらに合理化されます。

航空宇宙でのアディティブ製造活用

アディティブ製造のメリットを考えると、こうした技術が航空宇宙業界に応用されるのは自然な流れです。主なトレンドには：

ロケットボディの構築

Relativity Spaceは、カリフォルニア州ロサンゼルスに本社を置く米国航空宇宙製造企業で、製造技術、打ち上げ機体、ロケットエンジンの開発に注力し、商業軌道打ち上げサービスを提供しています。彼らのStargate製造施設には世界最大の金属3Dプリンターが設置され、指向性エネルギー堆積法と特許合金を用いてロケットボディを製造しています。

3Dプリントにより、従来型打ち上げ機体と比較して部品点数を100分の1に削減する統合コンポーネントを迅速に設計できます。これは重量削減と信頼性向上にもつながり、宇宙打ち上げの経済性において極めて重要です。

ロケットエンジンの構築

Rocket Labは、公開されている米国航空宇宙メーカーおよび小型衛星打ち上げサービスプロバイダーです。彼らのRutherfordロケットエンジンは2016年末に初テストされ、以来200基以上の革新的モデルが生産されています。

このエンジンの燃焼室、インジェクター、ポンプ、メイン推進剤バルブはすべて、電子ビーム溶解法で3Dプリントされています。その結果、シンプルで信頼性が高く、軽量——わずか35kg（77ポンド）——なエンジンが実現し、低コスト宇宙打ち上げに最適です。地球大気圏外でも、新型CurieとHyperCurieスラスターが同じ原理で構築されています。

宇宙飛行士ユニフォームの進化

アディティブ製造は物理的なロケットだけでなく、先進的で洗練された宇宙飛行士ユニフォームの製造にも活用されています。SpaceXが人間を宇宙に送った際、クルーのユニフォームはアディティブ製造で部分的に作られていました。

企業は基盤技術の多くを非公開にしていますが、広報担当者は「ヘルメットは3Dプリント技術でカスタム製造され、統合バルブ、バイザー格納・ロック機構、ヘルメット構造内のマイクロフォンが含まれる」と述べています。

軍事・防衛での3Dプリント活用

防衛業界でもアディティブ製造で進歩が見られます：

ジョイントレスハルプロジェクト

4月、米陸軍は「ジョイントレスハルプロジェクト」で契約を締結しました。これは軍用トラックの外装を一枚の巨大ピースで造形できる、超大型3D金属プリンターの開発を目指す野心的な目標を持っています。ミッションは、単一のジョイントレス戦闘車両ハルを、ニアネットサイズ30フィート×20フィート×12フィートで生産可能な大規模ツールを開発することです。

機雷除去ミッション

米海兵隊は、M58機雷除去ラインチャージ（MICLIC）の起爆に使用されるロケットモーターのヘッドキャップを3Dプリントすることで、アディティブ製造を機雷除去ミッションに活用しました。

MICLICはロケットで投射される爆薬ラインチャージで、戦場の機雷原やその他障害物を通る道を開きます。ヘッドキャップの生産にアディティブ製造を活用することで、海兵隊は従来型製造技術のコストと時間の負担を克服し、部品生産のより効率的な方法を提供できました。ヘッドキャップはステンレス鋼で3Dプリントされ、アリゾナ州ユマ試験場でテストされました。テストイベントでは、3Dプリントされたヘッドキャップがロケットモーターに装着され、機雷除去ラインチャージの起爆に成功しました。

アディティブ製造のメリットについてもっと知りたい方へ

アディティブ製造は、あらゆる規模のメーカーにとってゲームチェンジャーです。より速く、安く、より少ない生産廃棄物とより高い精度で製品を作れるようになります。大きな絵で見れば、AMは医療ブレークスルーからより安全な輸送・道路まで、日常のアメリカ人の生活も変えつつあります。

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