3Dプリント：航空宇宙産業で特に人気

この投稿は、Little Soft Bear によって 2016-7-22 16:58 に最後に編集されました。

3D プリンティングにより、人類は航空宇宙の旅においてより速く、より高く、より遠くまで飛行できるようになります。 3Dプリンティングと航空宇宙分野の国内専門家は先日、第1回「中国航空宇宙付加製造技術および応用フォーラム」で、破壊的製造技術として3Dプリンティングが航空宇宙分野に大きな変化をもたらすだろうと発表した。

なぜ 3D プリントは航空宇宙業界でこれほど人気があるのでしょうか? 3D プリントはどのような変化をもたらすのでしょうか? まず、3D プリント技術の原理と特徴から見ていきましょう。

3Dプリント技術は1980年代に米国で誕生しました。これは、物体の3次元構造設計であり、積層加工と重ね合わせ成形法を採用しています。レーザービームまたは電子ビームを熱源として使用し、プラスチック、金属合金、セラミックなどの粉末材料を、事前に設計されたパターンに従って、高温で層ごとに溶かして固めます。最終的に、部品の3次元モデルと完全に一致する実際の部品が得られます。これは「積層製造」とも呼ばれます。
鋳造技術が冷蔵庫で型を使ってアイスキャンディーを凍らせるようなものであり、鍛造技術が鍛冶屋が何度もハンマーで叩いて鉄の道具を鍛えるようなものであるとすれば、3Dプリントは部品製造の複雑なプロセスを大幅に簡素化し、研究開発時間を大幅に節約し、原材料の利用率を向上させることができる新しい統合製造技術です。
複雑な部品は、半分の費用と時間で簡単に「完成」できます。現代の航空機であれ宇宙船であれ、最大限の強度と剛性を実現するために、できるだけ少ない軽量の材料を使用するよう努めています。そのため、部品は「デューティサイクル」が大きい特殊な形状の設計を採用することが多く、構造が特に複雑になり、その形状は「くり抜かれた」かのように「曲がったメロンと割れたナツメヤシ」に似ています。切削で製造するのは非常に困難です。材料の95％が切断されることもあり、製造サイクルは数か月に及ぶこともあります。

3Dプリント技術は、従来の製造方法の欠点を補い、複雑な構造の部品を素早くプリントすることができ、複雑な構造の部品の製品化を実現するための近道となります。

航空機のタービンディスク、フレームビーム、航空宇宙エンジンのポンプハウジング、宇宙船のグリッドウォールパネル密閉キャビンなどの主要部品を3次元モデルから数層の2次元「シート」に切り出すことを想像してください。3次元部品の構造がいかに複雑であっても、2次元「シート」を1層ずつ印刷し、積み重ねて接着するだけで、製品を素早く完成させることができます。

つい最近、我が国初の新世代ロケット「長征7号」の試験ミッションで、3Dプリントされたチタン合金部品が使用され、打ち上げに成功しました。中国ロケット技術研究院の副主任エンジニアである陳吉倫氏は新華社通信に対し、3Dプリントを使用することで、従来は加工に数か月かかっていた部品の完成にわずか7日しかかからないと明らかにした。

中国工程院院士で北京航空航天大学教授の王華明氏は、国産大型航空機C919の機首工学試作機のメイン風防フレーム、翼と胴体をつなぐ上下の縁など、チタン合金製の大型で複雑な主要部品が3Dプリントで製造されたと振り返った。従来の方法では2年かかる作業が、わずか数十日で完了し、材料の消費量も従来の鍛造品の10分の1以下だった。

「3Dプリント技術を航空宇宙部品の製造に活用すれば、サイクルとコストを少なくとも半分に短縮できる」。中国工程院院士で西安交通大学教授の陸炳恒氏は先日、第1回「中国航空宇宙付加製造技術と応用フォーラム」で、2013年にNASAが3Dプリント技術を使って製造したJ-2xロケットエンジンインジェクターが高温点火テストで記録的な9トンの推力を生み出し、一体型インジェクターグループの部品数が当初の115個から2個に減り、生産効率が大幅に向上したことを紹介した。
宇宙の「ハードウェアストア」から「宇宙工場」まで、モデル開発プロセスを短縮し、複雑な構造の製品の小ロットの迅速な製造を実現することは、破壊的技術としての 3D プリンティングのほんの一面にすぎません。陳吉倫氏は、3D プリントによって、高度な構造設計における従来の製造プロセスの制約が打ち破られ、製品設計者が「制約のない」設計を行えるようになると考えています。
今日、3D プリンティングは人類の製造活動を宇宙にまで拡大しました。周知のとおり、宇宙環境は地上とは全く異なります。宇宙ステーションでは、工具の製造はおろか、ナットを締めるといった単純な作業さえも大きな制限を受けます。そのため、3Dプリンターが宇宙に送られる前は、人類が宇宙に行くのは野外キャンプに行くようなもので、必要な道具をすべて持参する必要がありました。しかし、宇宙ステーションには 3D プリンターが搭載されているため、宇宙飛行士は、まるで宇宙に余剰の「金物店」があるかのように、緊急に必要な個人用ツールをいつでも設計して印刷することができます。 NASAの地上スタッフがかつて宇宙ステーションにデジタルモデルファイルを電子メールで送信し、宇宙ステーションの宇宙飛行士が独自に、切望されていたソケットレンチを3Dプリントしたことがある。

NASAは、スペース・ローンチ・システムとオリオン宇宙船のロケット部品の製造に3Dプリント技術を適用し、将来の火星着陸計画の一部にすることを計画していると報じられている。

欧州宇宙機関の元長官ジャン＝ジャック・ドルダン氏は最近、北京で新華社通信のインタビューに応じ、3Dプリント技術には幅広い応用の見通しがあると語った。将来の宇宙資源の開発と利用において、宇宙での鉱物開発や深層加工を直接行うことや、宇宙での航空機の整備や燃料補給を実現し、人類が深宇宙探査をさらに進めるのに役立つ可能性がある。

科学者たちは、3Dプリント技術の継続的な進歩により、人類は将来、地上の製造工場を宇宙に移し、真空、極低温、宇宙の無限の空間とエネルギーという特殊な環境を利用して、より多くのハイテク製品を生産できるようになるかもしれないと考えています。
中国の航空宇宙製造業を支援するには、機会と課題が共存する

マッキンゼーが2013年に発表したレポートでは、3Dプリンティングは、将来人々の生産組織モデルや社会生活に影響を与える12の主要な破壊的技術の中で9位にランクされました。欧米諸国は、航空宇宙分野における3Dプリント技術の優位性と、宇宙ステーション建設、深宇宙探査などの分野における潜在的な応用展望を認識しており、それぞれ3Dプリント開発ロードマップを形成し、航空宇宙分野への展開を積極的に進めています。

「外国と比べて、わが国の3Dプリント研究はそれほど遅くなく、いくつかの面ではまだ主導的な立場にあります。しかし、わが国の3Dプリント産業の発展は遅く、企業規模が不十分であることに留意する必要があります。」呂炳衡院士は、現時点では大型部品の大量生産の難しさ、製品の疲労強度などの性能に対する耐空性要件を満たすことの難しさ、統一された製造および校正基準の欠如、高価な設備などのボトルネックがまだあることを認めました。外国と比較すると、桁違いの差があります。

現在、中国は3Dプリント技術にますます注目しており、3Dプリントの大きな発展の機会をもたらしています。 3Dプリントは「中国製造2025」の重要プロジェクトとして開発されており、国は第13次5カ年計画以降、対応する開発計画を策定し、財政支援を行ってきた。

3Dプリント技術の大規模な産業化に伴い、従来のプロセスフロー、生産ライン、工場モデル、産業チェーンの組み合わせが徹底的な調整に直面することが予想されます。中国の航空宇宙分野における3Dプリント技術の応用展望も無限の可能性に満ちている。
出典：新華網

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