3Dプリントされた飛行制御油圧部品によるエアバスの成功への道

安全で品質の高い 3D プリント航空機部品の開発は長く困難なプロセスですが、積層造形設計のアイデアと 3D プリント部品が飛行にもたらす付加価値により、すべての努力が報われます。エアバス、ドイツのリープヘル、ケムニッツ工科大学などが開発した3Dプリント航空機スポイラー油圧マニホールドは、設計の最適化と検証の長いプロセスを経て、最終的に油圧システムの性能向上と航空機の燃料効率の最適化を実現した応用事例です。

2017年3月30日、初の3Dプリント油圧部品を搭載したA380機が試験飛行に成功しました。次に、エアバス・エマージング・テクノロジーズ・アンド・コンセプトの副社長ピーター・サンダー氏による、3Dプリントスポイラー油圧部品の研究開発プロセスと量産計画を通じて、航空機に使用される3Dプリントスポイラー油圧部品の開発履歴と量産計画について学びます。

航空機の燃料効率の最適化

3Dプリントスポイラー油圧マニホールドの研究開発プロジェクトは、2007年にケムニッツ工科大学とリープヘルグループがドイツ政府資金の支援を受けて航空油圧部品の積層造形プロジェクトを開始したときに始まりました。2010年にエアバスがプロジェクトチームに加わりました。スポイラー油圧部品は、航空機の安全に関わる重要な部品であり、その機能は空気回路またはスポイラーを制御することです。 7年間の研究開発期間中、プロジェクトチームは金属3Dプリントの積層造形技術に基づいてスポイラー油圧部品の設計を最適化してきました。

設計の最適化後、最終的な製造計画は、選択的レーザー溶融（SLM）3D印刷技術を使用してスポイラー油圧部品を製造し、3D印刷された部品を他の油圧部品と組み立てることでした。3D印刷材料はTi64チタン合金でした。ピーター・サンダー氏は、3Dプリントされた油圧部品の明らかな利点は軽量であることであり、元の油圧部品よりも35％軽量であると述べました。性能面では、3D プリントされた油圧部品により油圧システムの効率が最適化され、発熱量と騒音が低減され、必要な油圧パワーも少なくなります。油圧システムの効率向上により、空気抵抗の低減や航空機の燃料効率の最適化など、飛行にさらなる利点がもたらされます。

もちろん、プロジェクトチームはスポイラー油圧部品の設計革新に関してここで止まるつもりはありません。次のステップは、スポイラー油圧部品を完全に統合された積層造形部品に設計する方法を再考し、複雑な油圧部品の製造および組み立てプロセスをさらに簡素化することです。

3Dプリント油圧部品の研究開発とテストのプロセスは長く、飛行の安全性を確保するためには、従来の製造方法で製造された油圧部品であっても1,200万回のテストサイクルを経る必要があります。3Dプリント油圧部品も、飛行テストを行う前にこのようなテストサイクルを経る必要があります。

この 3D プリントされたスポイラー油圧部品に関して、エアバスとリープヘルの最終目標は大量生産を達成することです。このプロジェクトのメンバーであるドイツのリープヘルグループは、エアバスのティア1サプライヤーである。同社は2016年末に3Dプリントされた油圧部品をエアバスに納入した。リープヘルの専門家はエアバスに対し、航空用3Dプリント油圧部品の設計アイデアがさらにあり、次に第1ラウンドのテストを実施する予定だと伝えた。将来的には、これらの油圧部品を大量生産するための積層造形工場を建設する予定です。

3Dプリントされた航空機油圧部品が大量生産されるまでには、まだ長い研究開発プロセスを経る必要がありますが、エアバスは積層造形技術を使用して複雑な航空機部品を大量生産する実践的な経験を蓄積してきました。たとえば、エアバスの子会社であるプレミアム・エアロテックは、選択的レーザー溶融3Dプリント技術を使用して、A400M軍用輸送機の燃料システム用の二重壁パイプエルボを製造しており、エアバスはA320旅客機用に3Dプリントされたバイオニック隔離キャビンを製造しました。

エアバスのアプリケーションレベルでの積極的な推進に加え、トポロジー最適化設計ソフトウェアと金属3Dプリント装置の開発も、付加製造技術がエアバスの生産分野に参入するための推進力となっている。ソフトウェア面では、エアバスはダッソーなどの設計ソフトウェアにおけるトポロジー最適化技術についてエンジニアをトレーニングしてきたとピーター・サンダー氏は語った。設備面では、ピーター・サンダー氏は、大型金属3Dプリンター設備とマルチレーザー設備の登場により、3Dプリンター技術の生産能力が全体的に向上したと考えている。エアバスの3Dプリンター設備サプライヤーであるEOS、コンセプト・レーザー、SLMソリューションは、相次いでマルチレーザー設備を発売している。国内企業の中では、西安ポリライトがマルチレーザー金属3Dプリンター装置を開発したとみられる。ポリライトは2017年にデュアルガルバノメーター、デュアルレーザー装置BLT-S320を正式に発売し、小ロット部品生産の効率向上というユーザーのニーズに応えることを目指している。

出典: 3Dサイエンスバレー

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