ボーイングの3Dプリントの旅

3D プリントの分野で主導的な役割を果たすメーカーとして、ボーイングは 3D プリント技術とアプリケーションの緊密な統合を推進する実践者であるだけでなく、積層造形が製造バリューチェーンでどのような役割を果たすかについて独自の重要な洞察も持っています。

ボーイングはロッキード・マーティンとともに連邦政府の2大請負業者の一つであり、2015年には160億ドルを超える受注を獲得した。 3D プリンティングは、これらの注文の実行においてますます重要な役割を果たしています。 2017年8月、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、新しいボーイング積層造形（BAM）事業部門を設立したことを発表しました。これは、3Dプリンティングの重要性が公式議題に上がったことも意味します。

2003年、ボーイング社は米国空軍研究所を利用して、F-15戦闘機のスペアパーツとして使用する3Dプリント金属部品を検証した。部品の交換が必要な場合、従来の処理では時間がかかりすぎるため、3D プリントの役割が明らかになります。さらに、チタン合金は 3D プリントで処理され、元のアルミニウム鍛造品を置き換えます。チタン合金は耐腐食疲労性が高く、このコンポーネントに必要な性能をよりよく満たします。（腐食疲労は、腐食性媒体と周期的応力の複合作用によって引き起こされます。腐食性媒体によって引き起こされる腐食疲労耐性の低下を腐食疲労と呼びます。）

ボーイングの企業技術戦略担当ディレクター、レオ・クリストドゥロウ氏は、この部品はレーザーエネルギー堆積法を用いて金属粉末を加工して作られたと語った。この指向性エネルギー堆積法（DED）は軍用機に初めて使用された。同時に、ボーイングの3Dプリンティングアプリケーションへの道も開かれました。約14年後、ボーイングは現在、さまざまな種類の3Dプリント航空機部品を5万点以上保有しています。

ボーイング社は、787ドリームライナーの構造部品の製造にDED技術を使い始めた。ノルスク・チタニウムの急速プラズマ堆積技術を通じて、両者は構造部品の開発中にプロセスの改善に協力し、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の初のFAA認証を取得しました。

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満たしており、両社は今年、材料と製造プロセスに関して追加の FAA 承認を取得することを期待しています。

Norsk Titanium の高速プラズマ堆積技術は、DED プロセスです。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。

Christodoulou 氏によると、一部のテクノロジは DED よりも優れた複雑性を提供しますが、DED は別の種類の価値を提供します。特にチタン合金などの高価な材料を加工する場合、節約した材料の価値は明らかです。

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。

クリストドゥルー氏によると、DED はボーイングがターミナルの製造に採用する最初の技術の 1 つかもしれないが、3D プリントはプラスチック、複合材、金属、セラミックの 3D プリントを含むさまざまな製造技術の組み合わせであることは明らかであり、それらはすべて独自の特性を持ち、プロセスチェーンに独自の価値を生み出します。

ボーイングの 3D プリント「ツールボックス」にあるテクノロジーの 1 つが、ストラタシスの FDM テクノロジーです。 StratasysのInfinitely-Build 3Dプリンティングシステムは、Stratasysが発売した大型プラスチック部品3Dプリンティング装置です。印刷される部品は、高さ最大0.76メートル（30インチ）、幅最大1メートル（40インチ）です。Infinite-Buildシステムは、材料の残量を自動的に検出できます。材料がなくなると、ロボットアームが自動的に材料タンクを交換し、中断のない無人操作を実現します。

BAAM 技術は、大型プラスチック部品の印刷にも使用されています。昨年、ボーイング社とオークリッジ国立研究所 (ORNL) は、777X 複合材の主翼表面を固定して穴あけや加工を行う航空機の主翼固定具を共同で 3D 印刷し、ギネス世界記録に認定されました。

しかし、航空機部品メーカーは新しい技術を試すことに前向きではあるものの、生産システムに導入するには厳格な検証を受ける必要がある。ボーイングは新しい3Dプリント技術を斬新な部品を作るためだけに使っているのではない。クリストドゥルー氏によれば、それぞれの技術と部品は厳格な品質管理プロセスを経る必要があるという。

「一部の技術は他の技術よりも成熟しているため、ボーイングの要件を満たす可能性が他の技術よりも高い」とクリストドゥロウ氏は言う。「ボーイングは新技術のメリットを積極的に取り入れるつもりだが、生産への導入は安定した技術と実証済みの信頼性に基づいていなければならない。」

クリストドゥルー氏は、ボーイングは一貫した部品生産能力を実現するために、非常に厳格な工程仕様を設けていると述べた。世界中の複数の機械や設備にわたるプロセスの安定性が実証されると、ボーイングは部品の製品ライフサイクルデータを記録するデータベースを開発します。これにより、ボーイングは特定のプロセスを使用して製造された特定の部品に関する完全なデータを入手できるようになります。

これは製造技術やプロセスだけでなく、材料にも当てはまります。最新の例の一つはボーイングで、同社はオックスフォード・パフォーマンス・マテリアルズ（OPM）が開発したレーザー焼結OXPEKKの実験を行っている。ボーイングは、ボーイング・クルー・スペース・トランスポート（CST）-100 スターライナー宇宙船に600点以上の部品を供給する予定だ。スターライナー宇宙船は最大7人の乗客を運ぶことができ、国際宇宙ステーションなどの低軌道に到達するための乗組員や貨物の輸送手段としても使用されます。

付加製造を採用している他の航空宇宙企業とは異なり、ボーイングは自社生産に完全に依存しているわけではないとクリストドゥロウ氏は指摘し、ボーイングは自社での作業とサプライチェーンの活用のバランスを取ろうとしていると述べた。

クリストドゥロウ氏によると、「業務の65%はボーイングのサプライヤーによってボーイングの外部で行われています。しかし、ボーイングは社内活動とサプライチェーンのバランスを取らなければなりません。多くの場合、ボーイングの価値提案は外部のサプライベースと協力し、彼らの専門知識と資本投資を活用することです。たとえば、ノルスクは自社の技術に多額の資本投資をしていますが、ボーイングは必ずしもそれをコピーしたいわけではありません。むしろ彼らと協力したいと考えています。ボーイングはサプライヤーの貢献を高く評価し、高く評価しています。」

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
ボーイング社長：3Dプリンティングは生産標準に

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