エアバスが将来3Dプリントを利用して航空機を製造するための4つの主要なエントリーポイント

航空大手エアバスはすでに3Dプリント技術の研究と応用の専門家です。この点において、彼らは現実となった作品と、未来への多くのビジョンの両方を持っています。

これらのビジョンでは、エアバスの将来の航空機はバイオニック構造を広範に活用し、力と材料の分布の完璧な組み合わせを実現し、航空機の内部空間全体に光が行き渡ることを可能にします。これにより、乗客は外の世界を一望できます。また、スマートシートは乗客の姿勢を敏感に感知し、最適な快適さを提供するために角度を自動的に調整します。乗客は、穏やかな海風や松林の柔らかな香りに包まれているかのように、完璧な眠りに落ちます。

さらに、VIPの乗客は座席をオフィスやベッドに変えて、まるで自宅にいるかのようにプライベートな空間を楽しむこともできます。

目的地に着陸した後、大きな飛行機から降りて自分専用の小さな旅行キャビンで直接次の目的地まで移動できるようになるかもしれません。これらのアイデアを実現するために、3D プリントは間違いなく重要な役割を果たすでしょう。

エアバスの客室設計者、バスティアン・シェーファー氏は過去2年間、航空機格納庫ほどの大きさの巨大な3Dプリンターのみを使用して製造されるコンセプト航空機の開発に取り組んできた。これは夢物語のように聞こえるかもしれない。現在入手可能な最大の 3D プリンターでもダイニングテーブルほどの大きさしかないからだ。しかし、シェーファーの設計は計画的だ。3Dプリント技術を使って今すぐに小さな部品を製造することから、2050年頃に航空機全体を製造することまで、その道筋は明確だ。以前、3D Science Valley の 3D プリントが航空宇宙産業に与える影響に関する記事でも、航空宇宙分野における 3D プリントの応用は 4 次元プリントへと移行すると示唆されていました。

エントリーポイント1: バイオニック構造

バイオニック構造は、材料の利用と機械的特性の優れた組み合わせをもたらします。これが、付加製造が工場に導入され、付加製造の価値を生み出している理由です。

3D プリント技術により、従来の製造方法に比べて各部品を 65% 軽量化できます。エアバスのコンセプト航空機は非常に複雑で、湾曲した胴体からバイオニック構造、乗客が青い空と白い雲を見ることができる透明な外皮まで、あらゆる種類の新しい製造方法が必要です。

エアバスのコンセプト航空機の生体模倣構造に必要な材料の中には、胴体用の強固で透明なアルミニウム、特定のバイオポリマー、カーボンナノチューブで強化されたその他の材料など、現在入手できないものもあります。強くすべきところだけ強く、軽くすべきところだけ軽く

エントリーポイント2: 軽量

軽量化とバイオニック構造は密接に関係していると言えます。金属レーザー溶融技術を使用すると、骨のような非常に微細な構造、つまり多孔質構造を生成することができます。将来の航空機設計では、部品は軽量化の要件を満たし、耐久性を高め、資源を節約しながら、的を絞った方法で力線を吸収できるようになり、航空宇宙産業の現在のコスト構造が改善されます。航空機部品のフライス加工工程では、最大 95% のリサイクル可能な廃棄物が発生します。レーザー溶融技術を使用することで、オペレーターは「最終輪郭に近い部品」を得られるだけでなく、廃棄物はわずか 5% 程度に抑えられます。付加製造技術は、チタンなどの高度で高価な航空機製造材料を節約するのに特に魅力的です。金型を使用しない製造方法により、時間が節約され、コスト構造が改善されます。ターゲットを絞ったエネルギー投入と資源の節約が、レーザー溶融技術の主な特徴です。

さらに、レーザー積層造形法は、従来の製造方法よりも高い造形の自由度も提供します。冷却チャネルなどの溝や内部チャネルの作成など。航空業界では、航空機メーカーがすでにこのプロセスを利用して電子機器の冷却要素やインテリジェント油圧部品を製造することを検討しています。レーザー溶融技術は、幾何学的構造と機能性を初めて組み合わせたものであり、現在最も注目を集めている技術です。この技術により、CAD 設計段階でコンポーネント内のエネルギー流束を非常に正確に決定できるようになります。全体的に、レーザー溶融技術により、現在の部品よりも優れ、軽量で、耐久性に優れた安全部品を開発できます。レーザー積層造形された材料は強度が高く、延性は低いものの、適切な熱処理を施すことで再び強度を高めることができます。

エアバスのドイツの航空宇宙製造工場であるプレミアム・エアロテックは、チタン航空機部品の3Dプリント用にSLM粉末床選択的レーザー溶融機を稼働させ、金属3Dプリント部品の生産を開始した。

エントリーポイント3：部分置換鍛造

鍛造技術は長年にわたり航空機製造の分野で使用されており、主に交番荷重や集中荷重に耐える航空機やエンジンの重要な主要部品の製造に使用されています。航空機の鍛造部品の重量は、機体構造重量の約20％～35％、エンジン構造重量の30％～45％を占めています。航空産業の継続的な発展に伴い、鍛造技術のボトルネックが徐々に現れてきました。一方では、技術の柔軟性が不十分で、大型で複雑な一体構造部品や精密で複雑な部品の製造に対応できません。一方、その後の機械加工工程における鍛造構造ワークピースの材料除去率は 70% にも達することがあり、チタン合金などの高価な材料にとっては大きな無駄となります。

金属3Dプリント技術は、金型を使わない自由なニアネット成形、完全なデジタル化、高い柔軟性など、優れた特徴を備えています。プリントされた部品は緻密な材料で作られ、マクロ偏析や収縮がなく、高性能であるため、航空分野での鍛造技術の代替が可能です。

エアバスのドイツの航空機製造工場 Premium Aerotec は、Norsk Titanium の Rapid Plasma Deposition™ テクノロジーを使用して、A350 XWB 航空機用のチタン合金部品を製造しています。ノルウェーチタンの高速プラズマ堆積技術に加えて、EBAM 電子ビーム溶融溶接では、鍛造に比べて材料除去の必要性を 50% 削減することもできます。後処理タスクを実行する工作機械の場合、これら 2 つの 3D 印刷プロセスでは材料の除去が少なくて済むため、ツールと冷却剤の消費量も少なくなり、処理時間が短縮され、設備投資の回収サイクルも短縮されます。

エントリーポイント4: 4Dプリント

エアバスの将来の航空機のビデオでは、その翼が鳥のように羽ばたく様子が映し出されている。動画で航空機の翼が羽ばたく様子がどのように実現されているかについては、3D Science Valley はそれが 4D プリントによるものかどうかは不明だ。しかし、一つ確かなことは、4D プリンティングが航空宇宙産業で使用されるということです。

以前、ドイツのフライベルクの研究開発チームは、ひび割れを自ら修復したり元の状態に戻ったりできる記憶材料という、未来に向けた高性能材料を開発しました。科学者たちは電子ビーム溶解法を使って記憶機能を持つ部品を製造している。それはバネ仕掛けのペーパークリップのようなもので、歪んだら熱湯に入れると魔法のように元の形に戻る。このプロジェクトで新しく開発された材料は、自動車産業や航空宇宙産業で特殊な要件を満たすために使用できます。航空宇宙分野では、さまざまな飛行条件に適応するために翼の構造を調整するために使用できます。

MIT は、表面テクスチャの変化を制御できる 4D 印刷技術製品も開発しました。これらの製品には、可変波、しわの特徴、平らな上部、谷底など、さまざまな断続的かつランダムな表面特徴の変化があり、粒子の無次元幾何学的パラメータ (相対的な粒子サイズ、形状、間隔、分布など) を変更することで実現できます。これらの表面の特徴は、粒子の配置によって可変的に制御できます。

さらに読む：「3Dプリントのバイオニック合金構造により、エアバスA320は「スリム化」に成功」

出典: 3Dサイエンスバレー

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