「レッツトーク」J-15主任設計者が3Dプリントでプロファイルに5億元節約できることを明かす

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-6-12 16:33 に最後に編集されました。

2017年4月26日、我が国の2隻目の航空母艦が正式に進水し、我が国の航空母艦の自主設計・建造において大きな節目を迎えました。我が国初の艦載機であるJ-15が再び注目を集めています。 5月27日、中国中央テレビ「レッツトーク」特別番組「トップガン、蒼天剣」シリーズで、J-15艦載機の主任設計者である孫聡氏が、戦闘機設計の裏話や、J-15の設計において3Dプリント技術が果たした重要な役割について語ってくれました。

J-15艦載機の主任設計者である院士の孫聡氏は講演で衝撃的な発言をした。チタン合金のプロファイルを作るには、機体全体の重量はわずか20キログラムだが、延伸機への投資だけで5億元かかる。さらに、5キログラムのチタン合金の航空特殊形状部品を作るには、これまで100キログラムの材料が必要だったが、そのうち95キログラムは捨てられた鉄粉で、廃棄率はなんと95％だった。しかし、3Dプリントの付加技術を使えば、必要な重量はたったの6キログラムで、少し切るだけで使えるようになるかもしれません。
「当初、国産材料のみで航空機を開発するプロジェクトがありました。その中にチタン合金のプロファイルがありました。航空機全体の重量は20キログラムで、このプロファイルを引き抜くために5億元を投じて延伸機を導入しなければなりませんでした。当時、私たちは2つの解決策を考えました。1つはチタン合金を使わず、高強度、耐高温性、同等の強度を持つものに置き換えること。もう1つは、この加工技術を活用できないか検討することでした。
ちょうどその時、北京航空航天大学の王華明教授（現在は私たちの工学院の院士でもある）が、小さなクルミ、3Dプリントされたチタン合金のクルミを持って私のところに来ました。レーザーとレーザー溶接を使って少しずつ加工していったそうです。その後、このプロセスを使用してチタン合金を溶接できるかどうか尋ねました。その結果、彼は戻って3か月かけてこの小さなチタン合金のサンプルを作りました。機械的なテストの結果、鍛造鋳造を完全に置き換えることができると感じています。この出来事は啓蒙的なものとなり、当時の我が国のチタン合金3Dプリント技術の基礎を築きました。この技術は、通常の形状ではないこのような特殊な形状の構造を非常に簡単に、かつ迅速に製造することができます。
王華明教授：付加製造も当社の低コスト製造の一側面です。過去には、特に航空機の構造部品の場合、通常 100 キログラムの材料のうち、最終的に役に立ったのは 5 キログラムだけで、残りの 95 キログラムは廃棄される鉄粉でした。 3Dプリントの付加製造法は、ほんの少し、おそらく6キログラムまでで、少しカットするだけで使用できます。これも低コストの方法なのです。最終的に、私たちの 3D プリントは国家科学技術発明賞で最優秀賞を受賞しました。 ”
王華明院士については皆さんもよくご存知だと思います。南極熊によると、王華明院士が開発した金属部品のレーザー溶融堆積積層造形技術は、2005年以来、J-15、Y-20、J-11B、J-31、C919など7機の航空機、東風XXなど3機のミサイル、耀感24など2機の衛星、FWS13など3機の航空機エンジン、ガスタービン1基の開発と生産に応用され、重要な役割を果たしてきました。 J-15戦闘機の前部着陸装置の大型一体型チタン合金支持フレームはサイズが大きく構造が複雑なため、従来の方法では一体成形・製造が困難であったが、レーザー積層造形法で製造されたチタン合金部品は、すでに1万回以上の離着陸飛行を経たが、正常に作動している。
Y-20の開発では、レーザー積層造形技術を採用し、7日間で胴体/主脚ジョイントの6種類の大型主要荷重支持部品を迅速に製造し、予定通りの初飛行を実現しました。この成果は同機の「コスト削減計画」の主要路線として認定され、主脚支柱、翼/胴体ドッキングフレーム、尾部サスペンション制御統合ジョイントなど、8つのカテゴリ28種類の大型で複雑な一体型チタン合金主要主要荷重支持部品がエンジニアリング検証評価に合格し、計画どおりに次々と設置・適用されています。国産大型航空機C919にも3Dプリントされたチタン合金部品が使用されており、主に機体の主風防窓枠、翼、胴体接続部に使用されている。さらに、彼が研究を主導した新しい特殊コーティングは、ある航空機エンジンのベクトルノズルの高温高負荷駆動機構にも適用され、合計216時間のテストで明らかな摩耗は見られませんでしたが、従来のソリューションでは10時間以上のテストで最大摩耗深さは2mmでした。
王華明氏は、学士に選出されてからどのような 3D プリンティング研究を行ってきましたか?
【熊動画】王華明院士の北京玉鼎付加製造有限公司、長さ2メートルの金属3Dプリント部品<br /> 従来の製造方法では、材料が無駄になるだけでなく、製造コストも非常に高くなります。孫聡院士が明らかにした情報は、さらに衝撃的だ。航空機に使用されているチタン合金のプロファイルの総重量は20キログラムだが、このプロファイルを引き抜くには5億元の延伸機の投資が必要だという。幸いなことに、近年、3Dプリントの低コスト製造技術は、わが国における新型航空機の開発における新たな手段となっています。孫聡院士によると、3Dプリント技術は、チタン合金の特殊形状構造部品、つまり規則性や形状のない構造部品にとっては非常に簡単かつ迅速です。
実際、孫聡院士は以前CCTVとのインタビューで、戦闘機における3Dプリントの応用についても詳しく紹介している。着陸装置では、以前はネジで接続する必要があった2つ以上の部品が、3Dプリント技術によって一度に形成できるようになり、十分な強度を確保しながら、重量が軽減されるだけでなく、加工の難しさも軽減される。従来は溶接で完成させなければならなかった三方配管を、3Dプリント技術によって一体構造で直接製造できるようになり、従来の溶接工程が不要になり、完成品の生産率が向上しました。

孫聡教授は、新型航空機における3Dプリントの応用について、具体的な例を2つだけ挙げた。実際、3Dプリントは航空機構造の軽量化に大きな役割を果たしている。中国の既存の3Dプリント技術は、すでに航空機の耐荷重フレーム部品、航空機用チタン合金、航空エンジンの重要部品の遷移鍛造品などを印刷することができる。西北工科大学の黄衛東教授が率いる金属3Dプリント革新起業チームは、すでにC919大型航空機用のチタン合金構造部品を印刷できる。当然、3Dプリント技術はわが国の新型戦闘機への応用に欠かせないものとなるだろう。技術の発展に伴い、部品の構造はますます複雑になり、機械性能に対する要求はますます高くなる一方で、重量はますます軽量化が求められており、従来のプロセスで製造することが困難になっています。 3D プリントはこれらのニーズを満たすことができます。
報道によると、瀋陽航空工業研究所は、国産の新構造設計技術、新構造材料、新プロセスを採用し、Su-27をJ-11Bに改良し、部隊に装備させた。同機は数トンの軽量化を達成し、機体構造強度と推力重量比が大幅に向上した。これには3Dプリント技術が欠かせない役割を果たしてきました。空軍レベルのテストパイロット専門家である李忠華氏は、中国の大気圏内で最速の飛行士として知られているが、空母搭載機シミュレーターでの着陸に初めて失敗した。孫聡氏は、陸上機と空母搭載機の飛行戦略は異なるため、中国の空母搭載機の研究開発ではパイロットの訓練も担当していると明らかにした。この作業の重要性と難しさは、航空機の開発自体に劣らず、空母搭載機の離着陸にはスペースと速度に関する厳しい要求があり、空母の速度と甲板の風速と組み合わせて「正確な」離着陸を完了する必要があるため、不注意は取り返しのつかない結果をもたらします。孫聡氏のチームは、外国の空母搭載機の離着陸事故を綿密に研究し、独自の訓練方法をまとめた。また、パイロットの同時訓練も、J-15の着陸成功が西洋人を驚かせた要因の一つであった。航空・軍事業界での34年間のキャリアを振り返り、スピーチでは平易で誠実な表現を好む孫聡氏は、「三つの心と二つの原則」の経験を簡潔にまとめた。「三心二心」とは何ですか？孫聡氏は、若者が何かをうまくやり遂げたいなら、確固とした目標を持った野心、孤独に耐える忍耐力、小さなことから大きなことまで責任感を持つ必要があると述べた。さらに重要なのは、「騎士道」と「友情」を持ち、IQとEQの両方を備えた若者になる必要がある。

「レッツトーク」J-15主任設計者が3Dプリントでプロファイルに5億元節約できることを明かす

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