ボーイングが量産するチタン合金部品は、商業化における3Dプリント＋後処理の重要性を示している

ボーイングは、ボーイング企業全体で積層造形の適用を簡素化および加速するために、2017 年に新しいボーイング積層造形 (BAM) 事業部門を設立しました。ボーイングは787ドリームライナー航空機向けに3Dプリントされたチタン構造部品の生産を開始した。この 3D プリントされたチタン合金構造は、ボーイング社によって設計され、ノルスクチタニウム社の Rapid Plasma Deposition™ テクノロジーを使用して製造されました。現在、この技術は産業界で応用されています。その理由は、3Dプリントが重要な役割を果たしているだけでなく、後処理技術も同様に重要な役割を果たしているからです。

ボーイングとノルスク・チタニウムは当初、ノルスクの部品がボーイングの要件を満たし、その後連邦航空局（FAA）の要件を満たすことができるかどうかに基づいて、2016年に探索的な協力関係を開始した。ノルスクチタニウムは、これらの厳しい条件を次々とクリアしてきました。構造部品の開発中、両者は協力してプロセスを改善し、一連の厳格なテストを実施し、最終的に2017年2月に3Dプリントチタン合金構造部品として初のFAA認証を取得しました。

Norsk Titanium の高速プラズマ堆積技術は、DED プロセスに属します。粉末床選択的金属溶融プロセスとは異なり、このプロセスは非常に複雑な形状の処理には適していませんが、ニアネットシェイプ部品を 3D プリントし、その後、最終的な必要な精度に機械加工することで、処理サイクルを短縮し、材料の無駄を減らし、コストを削減できます。

ボーイングは、鍛造などの従来の製造プロセスに代わる、ニアネットシェイプのチタン合金構造部品の製造に Rapid Plasma Deposition™ 3D 印刷技術を使用することを選択しました。ノルスク・チタニウム社は、Rapid Plasma Deposition™技術を使用してチタン構造部品を3Dプリントすることで、ドリームライナー1機あたり最終的に200万～300万ドルを節約できると述べている。 3Dプリントされたチタン合金構造部品の最初のバッチはノルウェーで製造され、まもなく米国のプラッツバーグ工場に移送されて生産される予定です。この工場は6,220平方メートルの規模で、Norsk TitaniumのRapid Plasma Deposition™装置9台を備えています。

ノルスク・チタニウム社が 3D プリント技術で製造したこれらの重要な部品は、ボーイング社が積層造形によって実現できる、リードタイムの短縮、在庫要件の削減、将来にわたるスペアパーツの継続性の確保といった付随的なコストメリットを象徴しています。 FAA 認証を取得し、産業用金属 3D プリントへと移行するのは、自然な流れのように思えます。もちろん、これらすべての実現は、3D プリント技術の利点だけに基づくものではありません。熱処理ももう一つの重要な技術です。

ペンシルバニア州に拠点を置く熱処理専門企業 Solar Atmospheres は、同社初の FAA 認定構造付加製造 Ti-6Al-4V チタン合金部品の機械加工に成功しました。。 Solar Atmospheres の応力緩和用真空熱処理炉は、AMS 2801 およびその他の厳格な OEM 仕様を満たしています。
米国ペンシルベニア州に拠点を置くSolar Atmospheresは、1993年に粉末冶金業界に参入し、主に粉末冶金（P/M）製品の焼結処理と金属射出成形の加工・開発を行っています。ソーラーは1983年にウィリオン・R・ジョーンズによって設立されました。同社は20種類以上の真空熱処理および加工設備を保有しており、その加工範囲は防衛、航空宇宙、医療、金型、計器、電子機器などの産業をカバーしています。熱処理の種類には、焼鈍、焼入れ、焼戻し、真空脱ガス、析出強化、固溶強化、水素化などがあります。さらに、グラファイトコーティング、イオン窒化、真空溶接も行えます。真空熱処理とは、10-1～10-2Paの真空媒体中でワークピースを必要な温度まで加熱し、その後、異なる媒体中で異なる冷却速度で冷却する熱処理方法です。
真空熱処理は、現代の熱処理業界において、効率的で省エネかつ無公害のクリーンな熱処理として知られています。真空熱処理された部品には、酸化がない、脱炭がない、脱ガスがない、脱脂がない、表面品質が良い、変形が小さい、総合的な機械的性質が高い、信頼性が良い（再現性が良い、寿命が安定している）など、一連の利点があります。そのため、真空熱処理は国内外で広く注目され、応用されています。真空熱処理の普及は、国の熱処理技術のレベルを測る重要な指標とみなされています。真空熱処理技術は、過去 40 年間にわたり熱処理プロセスの開発におけるホットスポットであり、今日の高度な製造技術の重要な分野でもあります。
アメリカ金属熱処理学会、アメリカ金属加工協会、米国エネルギー省工業技術局による2020年の米国熱処理産業の発展見通しの予測によると、将来の熱処理産業は一流の品質を備え、変化率ゼロの製品部品を生産する必要があります。プロセス全体では、ゼロ分散が標準であり、エネルギー利用率は80％に向上し、作業環境は良好で清潔で無公害であり、生産には標準的な閉ループ制御システムが使用され、インテリジェントなシステム制御が製品の性能を決定します。総合的な技術の結果、プロセス時間は50％、コストは75％削減されます。
これらすべてのアイデアは、真空熱処理技術の発展に幅広い舞台と機会を提供します。真空熱処理は現在、米国における熱処理生産の 15% を占めており、この開発傾向は今後も拡大し続けるでしょう。
つまり、3D プリントと他のプロセスの組み合わせは、企業がアプリケーション側との徹底的な統合を求めるための画期的な進歩です。 GE は燃料噴射装置の大規模な 3D プリントを実現できましたが、商業化への道のりでは後処理技術と品質検査が極めて重要な役割を果たしました。現在、3Dプリント技術を他のプロセスと組み合わせずに一方的に語ることはよくある誤解です。この誤解から抜け出すことによってのみ、産業化の機会を捉えることができます。
出典: 3D Science Valley 参照元: Aviation Manufacturing Network

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