英国のホライゾン・アディティブ・マニュファクチャリング・プログラムが次世代航空機部品の製造に3Dプリントの利用をどのように進めているか

模型飛行機からドローン、ジェット機、ロケットまで、現在飛行している航空機のどれほど多くに 3D プリントされた部品が使われているかを知ると驚かれるかもしれません。そしてこの傾向は今後も続くとみられており、英国のATIホライズン・アディティブ・マニュファクチャリング・プログラムは航空宇宙分野向けの先進的な製造方法の開発に取り組んでいます。英国のホライズン・アディティブ・マニュファクチャリング・プログラムは現在、航空機の金属軽量部品の製造のための新しいアディティブ・マニュファクチャリング技術に重点を置いています。より手頃な生産方法を生み出し、廃棄物を削減し、オンデマンドでほぼネットシェイプの部品を生産します。

英国のホライズン・アディティブ・マニュファクチャリング・プロジェクトは、3D プリント技術によって実現される高度な幾何学的複雑性とマルチマテリアル機能を活用して次世代の航空機向けの高度な部品を製造し、飛行部品を 3D プリントする実用的な方法を確立することで、英国を航空宇宙設計と製造の最前線に立たせることを目指しています。
英国のホライズンアディティブマニュファクチャリングプログラムは、航空宇宙部品の新しいアディティブマニュファクチャリング技術の開発に関心を持つパートナーのコンソーシアムによって実施されています。このアライアンスは2014年に設立され、GKN Aerospaceが主導し、レニショー、オートデスク、シェフィールド大学、ウォーリック大学、デルカムなどがメンバーとなっている。
現在、同連合のプロジェクトには、積層造形材料、設計要件、積層造形設計、最適化、プラスチック積層造形、積層造形プロセスの理解、積層造形後処理、積層造形部品の非破壊検査など、 11 の作業パッケージが含まれています。
英国のホライズン・アディティブ・マニュファクチャリング・プログラムは、GKN の技術準備評価 (TRA) プロセスを通じて 3 つの主要な AM 技術を進歩させ、それらを実行可能な生産プロセスに開発することに重点を置いています。現在までに、同連合が設計した各種評価指標によれば、プラスチック積層造形はTRL3段階に達しており、LPBレーザー粉末床溶融結合技術はTRL4段階に達している。
その他の ATI Horizon AM プロジェクトも GKN テストサイトと連携して、WIST と ALFET で開発中の次世代防氷システムの飛行テスト用の飛行テストハードウェアを製造しています。 TRL4 段階に到達するための技術的な焦点は、プロセス開発から製品開発への移行です。この段階には、いくつかのプラスチック 3D 印刷アプリケーションの開発も含まれます。現在、ATI Horizon Additive Manufacturing プロジェクトは、エンジニア 8 名から 20 名に拡大し、3D プリンターは 10 台になりました。同社は材料分析ラボで幅広い材料を使用し、後処理なしの生産に重点を置き、積層造形の顧客とのコラボレーションを強化しています。
GKN は、Horizon Additive Manufacturing プログラムのサポートを通じて、独自の技術開発も実現しました。 GKN の現在の強みは、既存の顧客と協力して、迅速に納品する必要のある飛行試験用ハードウェアを製造できる点にあります。この提携により、GKN は顧客の事業の他の分野にも積層造形の使用を拡大できるようになります。

現在、Horizon Additive Manufacturing プロジェクトでは 2 つのケーススタディが完了しています。最初の研究活動は次世代の氷検出システムの研究を中心に行われ、コンソーシアムは他の GKN 部門を含む他の主要組織とも協力しています。同社はレーザー粉末床溶融技術を使用して、新しい航空機光学氷検出器（OID）と次世代防氷加熱パッド部品を開発しています。
このプロジェクトのさまざまな技術の成熟度は次のとおりです。 - レーザー粉末床積層造形: TRL 5 近く- 光学式氷検出器: TRL 6 近く- 防氷加熱パッド (ALFET): TRL 6 近く
研究者らが開発した積層造形部品は、航空機の計器キャニスター、OIDセンサー、外部ビデオカメラと連動して、氷が積もっているかどうかを検出する必要があります。製造プロセスでは、部品の外面の表面粗さを最小限に抑え、3D プリント部品と他の金属部品との接続に必要な厳しい寸法公差を達成することが重要です。

付加製造設計 (DfAM) に関連する 2 番目のケーススタディでは、研究者は翼ヒンジブラケットのシミュレーション主導の設計手法を検討しました。シミュレーション主導の設計を通じて、研究者は 50 パーセント軽量化された複雑な部品を設計しました。それだけでなく、これらの部品は 3D プリントで製造することもできます。また、翼の設計においてより高い性能と効率を実現します。

一般的に、ヒンジブラケットの設計により、購入対飛行比率が 3.5 から 2 または 1.5 に削減され、重量が 53% 削減され、部品点数が削減され、設計時間が短縮されるなど、一連の変更がもたらされました。
出典: 3Dサイエンス

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