3Dプリントによる複雑なチタン合金インサート:従来の加工方法の現状に挑戦

3Dプリントによる複雑なチタン合金インサート:従来の加工方法の現状に挑戦
宇宙打ち上げの際、1 キログラムの物体を衛星軌道に送り込むのに約 2 万ドルの費用がかかります。1 グラム節約するごとに、宇宙探査の効率が向上します。マテリアライズは、世界的なデジタルサービス企業であるアトスのエンジニアリング部門と協力し、衛星に広く使用されているチタンインサートを再開発しました。宇宙船の部品を設計または製造する際の最大の課題は、部品の強度や性能を犠牲にすることなく重量を最適化することです。チタン合金インサートは、衛星などの構造物における高い機械的負荷を伝達するために航空宇宙産業で広く使用されています。洗練された最適化された設計と金属 3D プリントのおかげで、新しいチタン合金インサートは元の重量の 3 分の 1 になり、パフォーマンスが向上しました。

サンドイッチ構造に挿入されるインサート チタン合金インサートは、衛星に他の機器を接続するためによく使用されます。このようなインサートは高負荷を受けるため、大きく重い構造物を持ち上げる必要があります。つまり、非常に強くて硬い、しかも非常に軽量という、高い強度対重量比が求められます。これらのインサートは、航空宇宙構造で一般的な複合構造サンドイッチ パネル内に配置され、サンドイッチ パネルを通じて荷重を伝達します。

従来のインサートは通常、アルミニウムまたはチタン合金から機械加工されており、レンガ状の部品の内部は完全に頑丈で高品質です。材料費が高いことに加え、重い部品は打ち上げのたびに宇宙船の運用コストを増加させます。金属 3D プリントは、航空宇宙構造部品の重量を軽減する機会を提供します。

3D プリントによるデザインの最適化<br /> エンジニアは従来の考え方を変えるという課題に直面しています。設計は、コンセプト段階から製造段階までのすべての要件を満たすように設計されました。 Atos は航空宇宙工学と構造シミュレーションの専門知識を活用して、この新しいコンポーネントを徹底的に設計し、全体的なパフォーマンスを向上させました。

3D プリントにより、物体の内部空間を中空構造または軽量構造で設計できます。 Materialise と Atos のエンジニアは、まずコンポーネント内部で使用する材料の量を減らすことから始めました。R&D チームは、トポロジー最適化や格子構造設計などの高度な技術を使用して、インサートの質量を 1,454 グラムから 500 グラムに減らしました。

チームは、重量を軽減するだけでなく、元の設計における熱弾性応力の問題も解決しました。これらのインサートは CFRP スプリントの硬化プロセス中に取り付けられるため、熱弾性応力の影響を受けます。最適化された設計により、これらの応力の影響が軽減され、荷重分散が改善され、インサートの寿命が延びます。

ブレーメンにある Materialise 金属 3D プリント施設は、チタン合金 (TiAl6V4) で新たに設計された 2 つのインサートの製造を担当しました。金属 3D プリントは、これまでこれほど短い納期を実現する手段がなかった航空宇宙分野ですでに大きな可能性を実証しています。

「重量の軽減により、衛星機器の積載量が増加し、打ち上げごとに多額の費用を節約できます」と、スペインのアトス機械工学部長は​​述べています。「非常に複雑な製品を非常に短時間で作成できる能力があるからこそ、アトスとマテリアライズは最高の金属 3D 印刷ソリューション プロバイダーなのです。」

過去の事例から、マテリアライズはほぼすべての応用分野に浸透し、伝統的な加工方法の地位に絶えず挑戦し、伝統的な製造業における3Dプリントの深遠な応用を継続的に模索し、変化を促進し、3Dプリントの発展を促進していることがわかります。今のところ、実現したのは 1 つだけです。

出典: マイクロチタニウムスペース

3D プリント、印刷、複合体、チタン、合金

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