将来的には、3Dプリントされたエンジン部品が飛行機に使われるかもしれない

付加製造は多くの業界、特に航空宇宙業界で利用され始めています。 3D プリントされたロケットエンジンやシーメンスのタービンブレードについては、以前の記事でも何度も触れてきました。ますます多くのアプリケーションが本格的に導入され、多くの人々が羨望の念を抱いているようです。航空業界が 3D プリントを好むのは、コストを節約し、複雑な製造を実行できるからでしょうか?ボーイングやエアバスなどの航空宇宙大手は次にどこに向かうのでしょうか?次に、エアバスを例に、航空アプリケーションとその背後にある認証の問題についてお話しします。

エアバスが 3D プリントを選択した理由 エアバスは積層造形技術に投資しており、これにより同社は新たな設計の自由度に基づいた業界で前例のない革新的な生産ソリューションを獲得できるようになりました。ここでは、3D プリント製造の利点を体系的に整理します。
部品は強度と耐久性に優れ、鋳造品よりも性能が良く、鍛造品に近い、場合によっては従来の鍛造品よりも優れた性能を発揮します。
材料を節約し、生産コストを削減します。
迅速な製造と短い処理サイクル。
統合製造により部品数と組み立てコストが削減されます。
複雑な構造の製造、従来の方法では実現できない複雑な部品を製造できます。
分散生産により、集中化された固定された製造工場が不要になります。

航空分野では、軽量化を実現することが最も重要です。航空機が軽ければ軽いほど、必要な燃料が少なくなり、より多くの乗客を運ぶことができるため、コストを削減して企業に利益をもたらすことができます。 3D プリントは、重量と強度の比率に優れた部品を生産しながら製造コストを削減するため、航空会社の関心を引くのに十分です。付加製造により、航空業界の収益性の好循環が完成します。

エアバス 3D プリントアプリケーション さらに、特定の部品（座席など）をアップグレードする必要があり、元の下請け業者がそれを生産できない場合、エアバスは問題を解決するために積層造形に頼ります。事実からも、積層造形が最も効果的なソリューションであることが証明されています。下請け業者に製造・出荷を依頼したり、発注サイクルを待ったりすることなく、部品を再設計して素早く 3D プリントできるため、国内航空会社からも好評を得ています。

エアバスの次なる展開は？
エアバスは今後も、量産に向けた付加製造技術への投資を増やしていく予定だ。 2019年1月から、エアバスの新型旅客機エンジン用のPDOSエンジンブラケットが初めて3Dプリントを使用して製造される予定です。エアバスはGEアディティブおよびGEアビエーションと緊密に協力し、米国連邦航空局（FAA）の承認を受けた3Dプリントエンジン部品を製造した。

GE 3D プリントコバルトクロムエンジンブラケット
PDOS ブラケットは、電動ドア開閉システムブラケットとも呼ばれ、エンジンアーキテクチャにおいて非常に重要な役割を果たします。具体的には、航空機が地上でエンジンの整備を行っているときに、ブラケットによってエンジンのファンカウルドアを開閉することができます。従来の加工方法を放棄して 3D プリントを使用する理由は、後者では材料の無駄を 90% 削減し、重量を 10% 削減できるためです。設計と加工のサイクルを短縮するだけでなく、全体的な製造コストも削減できます。このブラケットは地上ではまだ使用されていますが、認証の観点から見ると民間航空は軍用航空よりも厳しい審査を受けているため、民間航空にとっては大きな前進です。

複雑な航空認証 単純な部品と単純な 3D 印刷アプリケーションのように見えるかもしれませんが、認証を取得するには多くの作業が必要です。以下では、エンドユーザーが生産現場で積層造形技術をうまく適用できるようにするために、積層造形分野におけるドイツの資格と認証の内容の一部を紹介します。

1. デバイス認証 印刷に使用される機器は、最終製品の品質に必要なすべての要件を満たしていることを客観的に検証するために、一連の検査とテストを受ける必要があります。これには、機械の設置、操作、およびメンテナンスの手順も含まれます。機械認証には、一般的な品質管理に必要な標準操作手順と作業指示書に加えて、各主要プロセスに関する詳細な作業指示書と標準フォームが必要です。さらに、製造、保守、品質保証のためのプロトコルを確立する必要があります。

Concept Laser M2 で印刷された PDOS エンジンブラケット

2. 材料認証 材料認証は航空安全に直接関係しており、認証されていない材料は航空部門では受け入れられません。これらの認証には、航空宇宙機器部品の付加製造における原材料準備プロセスの要件、仕様、コンポーネント構成、およびパフォーマンス要件が含まれます。この規格は、航空宇宙機器の主要コンポーネントの認証をサポートし、サプライチェーン内の材料特性データの整合性とトレーサビリティを確保します。

3. 品質と安全性の認証 部品の品質を保証し、材料、コンポーネント、プロセスのパフォーマンスの偏差を監視するには、継続的かつ包括的な品質保証プロセスを確立する必要があります。品質保証手順はプロセス検証に含める必要があり、その手段によって部品のパフォーマンスを検出および評価できる必要があります。これらの品質保証対策には、工程検査、粉末組成分析、精密測定、引張特性試験、非破壊検査が含まれます。

4. 人材の認定 資格のある人材だけが、産業「シリーズ」生産における非常に複雑な積層造形プロセスを正常に実装し、認定することができます。航空宇宙産業は要求が厳しくリスクの高い用途の 1 つであるため、積層造形担当者の資格の重要性は近い将来に高まり続けるでしょう。そのためドイツは、積層造形の専門家向けに国家規格 DIN 35225 を導入しました。この規格には、レーザー粉末床融合システムのオペレーターに対する視覚、運動協調、理論的および実践的な操作基準などの身体的および技能的要件が含まれています。ドイツの基準は非常に厳しく、事業者が厳しい認証に合格するには長い時間がかかります。

上記は認証関連の内容の一部に過ぎず、材料、設備、プロセス、さらには環境が変わった場合、関連する認証を最初からやり直し、頻繁に見直す必要があります。これは非常に広範囲にわたると言え、具体的な内容は拡大されません。昨今、認証の話題が頻繁に取り上げられるようになり、そのハードルもどんどん高くなっています。セキュリティに関しては、細心の注意を払う必要があります。

航空分野における積層造形の大規模な利用は一般的な傾向となり、それは時間の問題であり、関連する認証基準はますます成熟していくでしょう。適格な AM 製造基準を正常に実装し、実行可能なユースケースを作成するには、R&D、エンジニアリング、製造調達、一般管理など、専門知識を会社全体に広げる必要があります。これらすべてが、認証とアプリケーションの成功の機会を生み出します。これは、一般的な積層造形サービス企業がこの分野に参入することがますます困難になっていることも浮き彫りにしているので、この点を理解しておく必要があります。

出典: 3Dプリンティング技術リファレンス

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