航空宇宙製造における品質確保：重要考慮事項

航空宇宙顧客と仕事をするメーカーは、航空宇宙用途向け部品が厳格な機能的・規制的要件を満たすことを知っています。航空宇宙部品は他業界向け部品より専門的である傾向があるだけでなく、ミッションクリティカルである可能性が高く、故障すれば機器損失と操縦者・乗客・第三者への潜在的危害を招きます。

エンジニアは、製造されるすべての部品が用途要件に従って一貫して確実に機能することを保証する必要があります。これには、コンポーネントを厳格な基準、テスト、検査に従わせ、適切な機能を検証し、安全性を最優先することが必要です。

航空宇宙プロジェクトは予算が高く、開発サイクルが長い傾向があり、通常、プロジェクトの最終的な成功を確実にするためにより多くの初期計画が必要です。この記事では、航空宇宙部品で製品チームが直面する可能性のある主要な設計・エンジニアリング考慮事項をいくつか紹介します。

規制要件とベンダー認証の期待

部品の製造方法を定める国際、連邦、業界固有の規制が多数あるため、航空宇宙企業は一般的に適切な認証を持つサプライヤーとメーカーと独占的に仕事をします。

最も広く使用されている航空宇宙品質マネジメント標準の一つはAS9100で、航空宇宙部品の設計、製造、検査を行うメーカーの品質マネジメントに関する普遍的な定義と期待を提供します。この標準は長年にわたり複数のバージョンを経ており、最新は2016年リリースのAS9100Dです。

AS9100Dへの準拠を実証するメーカーは、より広範なISO 9001標準（AS9100品質マネジメントシステムに完全に含まれる）への準拠も実証できます。メーカーはまた、FAAアドバイザリーサーキュラー00-56に準拠するASA-100認証も考慮する必要があります。これは民間航空機部品ディストリビューターの標準化された品質システムを提供します。

機能要件

航空宇宙部品には独自の特性ブレンドが求められます。多くのコンポーネントは極めて強く、剛性が高い必要があります。これらは一般的に硬く重い材料に関連する特性です。しかし、可能な限り重量を減らすことは、ほぼすべての航空宇宙製造用途で極めて重要であり、独自または複雑な形状の部品設計も可能にします。部品がすべての機能要件を満たしながら、性能を損なうことなく可能な限り重量を削減するよう、設計、エンジニアリング、テストのイテレーションを繰り返すのが一般的です。

積層造形手法はここで大きな利点を提供します。コンポーネントの機能要件を満たすために必要な最小限の材料量で部品を製造できるからです。

材料

剛性と強度がありながら柔軟で軽い部品の必要性から、チタン、タングステン、カーボンファイバーなどの材料で航空宇宙コンポーネントが製造されてきました。しかし、これらのエキゾチックな材料の多くは互いに接触すると反応し、電食（ガルバニック腐食）や熱膨張係数の相違を引き起こす可能性があります。積層造形手法はここでもユニークな代替案を提供します。これらのプロセスで使用される材料の大半は非反応性で、前述の材料より低密度で幅広い材料特性を提供します。

数十年にわたり、カーボンファイバーは特定の金属との非互換性、異方性、独自の製造手段により、航空宇宙用途での使用がリスキーと見なされてきました。製造手段が成熟し、高度に最適化された形状と材料特性のユースケースが増えるにつれ、カーボンファイバーの航空宇宙業界での使用は大幅に増加しました。

今日、カーボンファイバーは多くの航空宇宙用途で一般的です。同様に、積層造形で使用されるテクノロジーは過去数年で劇的に変化し、積層手段で作れる部品の材料制約は大幅に減りました。

積層造形部品は航空宇宙用途で同様の軌道をたどっており、エンジニアがこれまでになくコンポーネント形状を制御・最適化できるようにしています。コンポーネント重量削減に加え、積層造形技術とプロセス制御の成熟により、エンジニアは剛性や強度などのコンポーネント特性を、従来製造手法の精度で最適化できるようになりました。

これは毎年、航空宇宙用途での積層造形部品のユースケースを劇的に増やしており、かつて従来製造されていたコンポーネントの役割を積層造形部品が担うことがますます一般的になっています。

テスト基準

すべての部品は適切な機能を確実にするためテストが必要ですが、これは航空宇宙用途では特に重要です。多くのコンポーネントがクリティカルな部品だからです。これらの部品の多くは特定の機械的特性を必要とし、安全性確保の鍵となるため、製品チームはテスト基準を詳細に、かつ早期に（テスト開始前に）定義するのが賢明です。成功の姿を知ることで、エンジニアに明確なベンチマークを与え、デザイナーがそのターゲットに向けて効率的に部品設計を改良できます。

リスク軽減

航空宇宙顧客はリスクアセスメントも見たがるでしょう。航空宇宙用途でクリティカルな部品が多く使われるため、製品チームが自社部品が信頼でき、人命と安全にほぼリスクを及ぼさないと確信できることが不可欠です。

故障モード・影響解析（FMEA）のような明確に定義されたリスク分析手法を用いることで、エンジニアは部品が故障する様々な方法と、それらの故障に伴う結果を特定し、製品開発チームがリスクをプロアクティブに軽減できます。これは、特定の故障を決して起こさないために負担するコストを判断するのに役立ち、さらなる設計変更や冗長システムの導入による影響緩和につながります。

積層造形で航空宇宙を強化

積層造形がすべての用途で最良の選択肢になるわけではありませんが、技術が進歩・成熟し、航空宇宙業界内での潜在的用途が毎年増えています。多くの場合、積層造形により、航空宇宙業界内の厳格な要件を目的を持って満たす、特定または複雑な部品を製造できます。

一部のクリティカルな部品は明らかに他の製造手法に適していますが、積層技術の速度と柔軟性は、ますます経済的な選択肢を提示します。最終的に、エンジニアと製品開発チームは、生産開始前に強固な準備に投資し、航空宇宙部品がすべての必要な機能的・規制的要件を満たし、理想的な材料で製造され、リスクを軽減するよう設計されていることを保証すべきです。

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