この投稿は Little Soft Bear によって 2016-12-8 14:50 に最後に編集されました。
3D プリント技術 (積層造形技術とも呼ばれる) は、情報ネットワーク技術、先進材料技術、デジタル製造技術が密接に組み合わさった技術で、先進製造業の重要な部分です。情報ネットワーク技術との深い融合は、さまざまな産業の発展に革命的な影響をもたらしました。 Antarctic Bearは、現在、3Dプリント技術は発展を続け、市場規模は急速に拡大し、航空宇宙分野での応用も拡大し続けていると考えています。
3D プリンティング技術は、技術的な方法、製造プラットフォーム、業界標準において重要な進歩を遂げ、市場規模の急速な成長傾向を維持しています。
3Dプリント技術と手法の研究において新たな進歩が遂げられた
連続液体表面成長（CLIP）技術 米国は3Dプリント技術発祥の地であり、最先端の3Dプリント技術を有し、3Dプリント方法の革新において新たな大きな進歩を遂げています。 2015年3月、アメリカのCarbon 3D社は、革命的な3D印刷技術である連続液体表面成長（CLIP）技術を開発しました。印刷速度は従来の3D印刷技術の25～100倍速く、これまでほとんど実現不可能だった超複雑な幾何学的構造を生成できるため、3D印刷技術の応用が大きく促進されました。この技術は、紫外線による光重合の誘発効果と酸素による光重合の阻害効果のバランスをとることで、真の 3D プリンティングを実現し、連続動作を可能にします。この技術を使用して印刷される部品の最小特徴サイズは 20 ミクロン未満であり、これは紙の厚さの 1/4 よりも薄くなります。 2016年1月、米国ノースウェスタン大学は、2段階方式による新しい金属3Dプリント方法を開発しました。この方法では、金属粉末、溶剤、バインダーからなる液体インク材料を使用して、射出成形または押し出し成形プロセスでグリーン体を印刷し、その後炉で焼結します。この方法は、金属混合物、合金、金属酸化物など、さまざまな金属を印刷することができ、3D 印刷をより高速、安価、均一なものにします。
3Dプリント製造プラットフォームの研究が加速している
3D プリント技術制御システムとプラットフォームの構築は、3D プリント技術の発展をサポートする重要な基盤です。 3D Systems は、3D プリント技術の世界的リーダーです。同社は、米国空軍研究所の支援を受けて、ハネウェル、ノースロップ グラマン、ロッキード マーティンなどの大手軍事企業と協力し、高精度、強力な機能性、飛行中の再利用性といった航空機の特定のニーズを満たす航空宇宙部品を製造するための高精度のクローズドループの高度な製造および監視プラットフォームを共同開発します。
2015 年 11 月、米国の Arevo Laboratory は、超強力な熱可塑性複合部品を高速かつ効率的に 3D 印刷するための Robotic Additive Manufacturing Platform (RAM) を発表しました。このプラットフォームは、ABB Robotics の商用 6 軸ロボット システムを熱溶解積層法テクノロジー、エンドエフェクタ ハードウェア、包括的なソフトウェア スイートと統合し、高性能炭素繊維強化熱可塑性複合部品の 3D プリントを可能にします。 2016年2月、米国企業Sciakyは、電子ビーム積層造形（EBAM）プロセスに基づく金属3Dプリントシステム専用のIRISS閉ループ制御システムを発表しました。 IRISS は、堆積層をリアルタイムでイメージングおよびセンシングするシステムであり、データをリアルタイムで監視および処理して、製造業者による大型金属 3D プリント部品の品質とパフォーマンスの管理をサポートします。
3Dプリント業界の標準化がさらに進む
SME と TCT は共同で 2017 RAPID 3D プリンティング展示会を開催します。技術標準は、3D プリンティング業界の発展に不可欠かつ重要なリンクです。 3Dプリント技術の台頭に伴い、標準管理部門や研究機関が業界標準を計画し、関連標準を策定し始めました。 2015 年 7 月、欧州連合の「付加製造のための標準化支援アクション (SASAM)」プログラムは、付加製造の標準化のロードマップを発表しました。ロードマップは、欧州規格のテンプレートとして、産業用アプリケーションの標準化と既存の付加製造技術規格の開発の重要性を説明し、標準化と優先規格間のギャップを明確にします。しかし、標準研究機関間の連携が不十分なため、3Dプリント関連の標準の一貫性に問題が発生しています。
この目的のため、アメリカ製造業革新協会とアメリカ規格協会は、2016 年 3 月に共同で部門間調整組織であるアメリカ製造業とアメリカ規格協会付加製造標準化コラボレーション (AMSC) を設立しました。このコラボレーションは、参加組織のニーズを満たし、付加製造企業の健全な発展を促進する、業界全体の付加製造標準と仕様の開発を調整および加速することに取り組んでいます。 AMSC の参加者は主に民間企業、機器メーカー、材料サプライヤー、政府、学界、標準開発組織、認証機関から来ています。
3Dプリント市場は急速な成長を維持
「The Wohlers Report 2016」 2016 年 4 月、付加製造業界の権威あるコンサルティングおよび研究組織である American Wohlers Associates が、「The Wohlers Report 2016」を発表しました。報告書は、2015年に世界の付加製造および3Dプリンティング市場の売上高が51億6,500万米ドルに達し、2014年より10億米ドル増加し、成長率は25.9%だったと指摘した。同時に、3Dプリンティング業界の2015年の複合年間成長率は、過去3年間の33.8%を下回り、過去27年間の平均複合年間成長率26.2%をわずかに下回りました。
しかし、2015 年に 3D プリント業界が直面した多くの課題にもかかわらず、特に金属 3D プリントとデスクトップ 3D プリントのいくつかの分野では継続的な成長が見られました。 2015 年には、産業グレードの 3D 印刷システム (価格 5,000 ドル以上) を製造するメーカーが世界中に 62 社ありましたが、2014 年には 49 社、2011 年にはわずか 31 社でした。 2015 年、5,000 ドル未満のデスクトップ 3D プリンターの販売台数は 278,000 台を超え、2014 年の 160,000 台から 74% 増加しました。金属3Dプリンターの成長率は約45％と急速な成長率です。
航空宇宙分野における3Dプリントの応用はますます深まりつつあります。 3Dプリント技術の急速な発展に伴い、政府、軍隊、その他の機関は3Dプリント技術の開発と応用を支援する政策を導入し、航空宇宙分野における3Dプリント技術の応用をより広範かつ深くしています。
3Dプリントは政府と軍から強力な支援を受けており、政策環境はさらに最適化されている。
米国の National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII、現在は「American Manufacturing」として知られている) は、Additive Manufacturing Technology Roadmap の新しいバージョンをリリースしました。同局は2015年9月、米国の「付加製造技術ロードマップ」の新版を発表し、設計、材料、プロセス、バリューチェーン、付加製造ゲノムの5つの技術分野を重点技術分野として設定した。各分野には複数のサブ分野があり、技術の成熟度に応じて2013年から2020年までの各分野の開発優先順位が計画されている。上記の分野は、将来的に積層造形技術と製造の成熟度を向上させるための当局の開発重点分野であり、米国政府による積層造形産業の開発の重点分野でもあります。 NAMIIは設立以来、積層造形技術の開発と応用のために3回にわたり資金提供を行っており、その総額は2,000万米ドルを超えています。
DARPA の「オープン製造プログラム」。 100 倍の顕微鏡で見ると、同じ材料で 3D プリントされた 2 つの部品がかなり異なっていることがわかります。
米国国防高等研究計画局（DARPA）は、3Dプリンティングを防衛製造分野の主流技術にすることを推進するために「オープン製造プロジェクト」を実施した。 2015 年 5 月、DARPA は、製造プロセスを包括的に取得、分析、監視して最終製品の性能を予測し、製品に必要な信頼性を確保し、航空機の翼や軍事システムなどの複雑なコンポーネントのバッチ生産を確実に保証するための迅速な識別技術を開発する「オープン製造プロジェクト」の実施を発表しました。このプロジェクトの主な研究方向の 1 つは、金属積層造形プロセスに焦点を当てた「迅速で低コストの積層造形」に関する研究を行うことです。
米陸軍は「陸軍製造技術計画報告書」の最新版を発表した。 2015 年 11 月、米国陸軍は 2016 会計年度の陸軍製造技術計画レポートを発表しました。この報告書は、陸軍の製造技術計画の任務、組織構造、投資戦略などを簡単に紹介し、プロジェクトの目標、実施計画、結果、利益、影響を受ける兵器システムの観点から、付加価値の高い航空資産の修理/リサイクル/再利用を実現するための積層造形の使用について研究しています。また、主要な兵器システムコンポーネントの直接製造、再製造、寿命延長のための積層造形技術を含む、6つの主要分野で実施されている31の主要プロジェクトを分析しています。
3Dプリントの応用範囲は部品から完成機械までさらに拡大
3Dプリンティング技術は宇宙船の設計と製造能力を向上させる重要な技術となり、航空宇宙分野での応用範囲は拡大し続けています。海外の企業や研究機関は、3Dプリンティングを利用して、航空機、ミサイル、衛星、有人宇宙船の部品だけでなく、エンジン、ドローン、超小型衛星の完成品も印刷し、コスト、サイクル、重量などの面で大きなメリットを実現し、この分野における3Dプリンティング技術の応用展望を十分に実証しています。
コンポーネントレベルでは、エアバスは3Dプリンティングテクノロジーを使用して1,000航空機の部品を製造しており、その中でA350XWBワイドボディ航空機が「2014年のドイツの産業イノベーション賞」を獲得しました印刷、コンポーネントの単位コストは、米国のAerojet Rocketdyneを使用して、「Orion」の在宅宇宙船の最初のノズル拡張セクションを製造しました。 PU）ロシアは、2016年3月末に進行中のMS-02宇宙貨物宇宙船で国際宇宙ステーションに送られました。 D5潜水艦発射弾道ミサイルの160回目の試験発射では、ミサイルケーブルコネクタを保護するコネクタ背面カバーという、3Dプリントを使用した最初のミサイル部品の試験に成功し、部品の設計と製造時間が半分に短縮されました。
機械全体のレベルでは、米国の宇宙探査技術企業であるRocket Labが、低コストの宇宙旅行のための世界初の3Dプリント電動ロケットエンジン、ラザフォード電動打ち上げシステムを発表しました。このシステムにより、ロケット打ち上げコストを従来の燃料ロケット打ち上げの1億ドルから490万ドルに削減できます。英国のサウサンプトン大学は、強化ABSプラスチックを使用して、わずか数千ドルの小型ドローン（Sulsa）を印刷しました。ロシアのRostec社も、3Dプリント多目的水陸両用ドローンを発表しました。このドローンは、重量3.8kg、翼幅2.4メートル、時速100キロメートルで飛行でき、最大1.5時間の飛行時間を備えています。構想から試作品までわずか2か月半、製造時間は約31時間、コストは20万ルーブル（約3,700ドル）未満でした。
3Dプリントの用途はさらに拡大し、「フロントエンド展開」へと向かう
現在、3Dプリント技術の応用が進むにつれ、メンテナンス基地、宇宙ステーション、戦場の最前線など、サプライチェーンの「フロントエンド」に3Dプリントを導入する傾向がますます顕著になり、装備のメンテナンスとサポートに重点が置かれています。これにより、既存の装備メンテナンスモデルとサポートシステムが間違いなく変化します。
一つは、整備基地や装備サポートシステムへの3Dプリント技術の導入拡大だ。国防予算が厳しさを増す中でコスト削減を推進する一方で、国家間の政治的緊張により国内で使用できない外国製部品への依存を減らし、輸入に代わることもできる。例えば、韓国空軍は3Dプリンティング技術を活用してF-15K戦闘機エンジンの高圧タービンカバーを製造し、コストを4000万ウォン（約340万円）から300万ウォンに削減し、調達期間も当初の60日から半分以下に短縮した。また、3Dプリンティングを活用して欧州製の輸送機用スピーカーカバーの製造サイクルを7か月から4～5時間に短縮し、コストを621ドルから35ドルに削減した。一方、古い部品や製造中止になった部品を印刷して、軍事基地の航空機整備能力を向上させることもできます。たとえば、米国オクラホマ州のティンカー空軍基地にある空軍物流センター (OC-ALC) では、3D プリント技術を使用して航空機のエンジン部品や最新の電子部品を 3D プリントすることでワークフローを最適化し、B-52 戦闘機の戦闘効率を維持しています。
2つ目は、3Dプリント技術を宇宙ステーションに適用し、宇宙での3Dプリント製造を実現することです。オンデマンドで印刷するには、原材料を国際宇宙ステーションに輸送する必要があります。アメリカン・スペース・マニュファクチャリング・カンパニーは、真空環境で使用できる3Dプリンターを開発し、2014年8月に国際宇宙ステーションに出荷しました。宇宙飛行士は3Dテスト部品だけでなく、機能的な構造部品も印刷しました。国際宇宙ステーションの外で宇宙3Dプリント技術を実際に使用するには、宇宙の直射日光下でもプリントした物体の耐用年数を長く保つ方法や、プリントプロセス中の温度変化を制御する方法など、まだ多くの課題がありますが、それでもNASAの注目を集めています。
3つ目は、戦場の最前線に3Dプリント技術を展開し、戦場で直接部品をプリントすることで、再製造基地で部品を製造し、倉庫に輸送し、特定のコンポーネントに取り付けたり、戦場に輸送して使用したりする中間プロセスをなくし、最も必要な場所で部品のニーズを直接的かつ正確に満たすという目的を達成することです。現在、米国防兵站局は、兵站管理研究所に3Dプリント技術の応用コンサルティングを委託し、軍事サプライチェーンの短縮、在庫の削減、兵站支援コストの削減に向けた3Dプリント技術の活用を研究している。米海軍は、海軍艦艇内で航空機部品を製造するという目標を達成するため、部品の印刷、資格認証、部品の配送といった一連の手順を開発し、軍事用途に使用できるさまざまな3Dプリント技術や材料を評価する「艦上プリント」プロジェクトを立ち上げた。近年、米軍は3Dプリント技術を利用して、燃料タンクのキャップや医療用品など比較的単純な製品を印刷している。
3Dプリント技術は、従来の製造方法と比較して、生産コストを大幅に削減できるだけでなく、複雑な形状に対する従来の製造プロセスの限界を打ち破り、生産と加工の概念に革命的な変化をもたらし、世界の航空宇宙分野の発展を促進する上で重要な役割を果たします。同時に、3D プリント技術にはスピード、利便性、低コストなどの大きな利点があるものの、品質保証、知的財産権、人材育成、情報セキュリティなどの応用上の課題が依然として存在していることも指摘しておく必要があります。今後、航空宇宙分野における 3D プリント技術の応用は、「革命的」というよりは「漸進的」なものになるでしょう。
出典: 北京航空宇宙情報研究所 さらに読む:
元航空宇宙工業大臣の林宗堂氏が再び武漢天宇智能製造を訪問。フランスの航空宇宙大手サフランはオーストラリアのモナシュ大学と提携し、航空機エンジンを3Dプリントしている。
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