ULTEM（PEI）の航空宇宙アディティブ製造における活用：主要な洞察とアプリケーション

ULTEMプラスチックの概要

高性能プラスチックポリマーは、熱硬化性と熱可塑性の2つのカテゴリに分類されます。熱硬化性ポリマーは、プラスチック内部の化学結合により硬化後に不可逆的な硬度を得ます。ポリマーは架橋パターンで硬化するため、極端な熱でも再溶融しません。

ULTEM®は、ポリエーテルイミド（PEI）の商標名で、高温でも機械的完全性を保持する数少ない市販の非晶質熱可塑性樹脂の一つです。1980年代初頭にゼネラル・エレクトリック・プラスチックス部門（現SABIC）によって開発されたULTEMは、35年以上にわたり製造業の定番素材となっています。この材料は強靭で、耐薬品性、難燃性に優れ、扱いやすく、極めて高温でも安定した電気的特性を維持します。

回路基板、眼鏡、食品調理・滅菌装置、そして何より航空機部品の製造によく使用され、その強度と耐久性で知られています。ULTEMについて知っておくべきすべてをご紹介します。

ULTEMによる造形

ULTEMは熱成形が容易で、溶解積層法（FDM）による製造が可能です。加熱ノズルが設定されたツールパスに従って繰り返し材料を一層ずつ吐出し、製品が完全に形成されるまで積層します。

射出成形も、ULTEMによる製造の迅速かつコスト効率の良い選択肢です。熱可塑性ペレットを射出成形スクリューに供給し、溶かして金型に注入、冷却・硬化させ、完成品をイジェクタピンで押し出します。このプロセスは、バーンインソケットなどの均一な部品を大量生産するのに最適です。

機械的仕様

ULTEMは、極端な条件下でも機械的に安定するように独自に設計されている点で、他の高性能ポリマーから際立っています。長期間にわたり217℃以上の温度に耐え、温度変動下でも寸法安定性を保ちます。本質的に難燃性で、発煙量が少なく、その毒性は木材の燃焼時の煙と同程度です。

非晶質熱可塑性樹脂は、食品由来の油脂、アルコール、酸、自動車・航空機用流体、その他の水溶液と接触するとクラックが生じやすい傾向があります。ULTEMはこうした条件下でも応力割れに強いだけでなく、紫外線やガンマ線にも耐性があります。

ULTEMの主な機械的仕様は以下の通りです：

• 引張強度（73°F）：15,200 psi
• 曲げ強度（73°F）：22,000 psi
• 破断伸び（73°F）：60%
• せん断強度：15,000 psi
• 融点：426°F
• 難燃性：V-0
• 空気中絶縁強さ：830 V/mil

これらの仕様は標準ULTEMに適用されます。ULTEM 10%、20%、30%ガラス繊維強化グレードなど、製品バリエーションによって仕様は異なります。

ULTEMと航空宇宙産業

航空宇宙産業は、部品が準拠しなければならない機械的基準と品質規制が当然ながら厳格です。連邦航空局（FAA）が定める資格および同等性基準への準拠を確保するため、新しい部品は長期にわたる厳格で高コストな試験と承認プロセスを経る必要があります。

しかし、これらの長いプロセスは、より新しく、速く、安価な航空機への需要の高まりとは相容れません。この需要に応えるため、ボeingやエアバスなどの業界リーダーは、コストを抑えながら生産時間を短縮することが求められています。商業航空宇宙分野の多くのプレーヤーが、ULTEMを使用できるアディティブ製造の助けを借りて、これらの課題に正面から取り組んでいます。

ULTEMは、商業航空宇宙分野での使用が承認されている数少ない樹脂の一つです。クリープ（繰り返し機械的応力下での材料の変形・劣化傾向）への耐性では、同等の熱可塑性樹脂を凌駕します。また、各種燃料、冷却剤、潤滑油との接触にも強いです。その難燃性により、FAA規則25.853の難燃性基準を満たします。実際、ULTEMは防火ブロッカーや航空機シートカバーの実用材料として大きな可能性を示しています。

さらに、ULTEMは重量削減により航空機メーカーのコスト削減目標達成に貢献します。例えば、LSG Sky ChefsとNorduynは、ULTEMを活用した超軽量機内サービスカートの艦隊を開発しました。これらのカートを積載したボーイング747は、標準カート搭載機より1,650ポンド（約748kg）軽量化され、年間約65,000ドルの燃料費節約が見込まれます。ULTEMを用いれば、航空機部品メーカーは「強度」と「軽量」のどちらかを選ぶ必要がなく、両方を兼ね備えることができます。

なぜULTEMなのか？

メーカーにとって、強靭で安定し、軽量、難燃・耐薬品性に優れ、加工が容易で、多用途な機械的特性を持つ製品を造形することは、一見ハードルが高そうに思えます。ULTEMはすべての条件を満たします。この高忠実度ポリマーは、シンプルなスイッチから複雑な航空機部品まで、幅広い用途に最適な選択肢です。

ULTEM × Fast Radius

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