ビーハイブインダストリーズ、わずか 16 日間の生産サイクルで新しい 3D プリントジェットエンジンを稼働

2024年3月22日、アンタークティック・ベアは、アメリカの航空宇宙・防衛メーカー、ビーハイブ・インダストリーズの新型ターボジェットエンジン実証機が、同社のデンバー本社のカスタムテスト室で初めて始動したことを知った。積層造形のベテランは、この重要なマイルストーンは記録的な速さで達成され、白紙の構想から始動、そして最初の独立運用までわずか16カ月しかかからなかったと語った。

ビーハイブ・インダストリーズの社長兼ゼネラルマネージャーであるゴーディ・フォリン氏は、アメリカの製造業、特に付加製造業に携わるのにこれほど良い時期はないと語った。ジェットエンジンの設計と製造で 20 年以上の経験を持つフォリン氏は、付加製造を新しい技術を活用するユニークな機会と捉えています。彼はそれが新しい推進システムの未来を切り開く可能性があると信じている。
「私はキャリアを通じてジェットエンジン分野で働いてきました。エンジニアリング、プロジェクト管理、そして現在は新しい3Dプリントエンジンの開発に携わっています」と彼はビーハイブのウェブサイトに掲載されたインタビューで語った。「ビーハイブでは、付加製造技術を防衛目的に応用し、軍需品とドローンの両方の無人航空機用の新しい推進システムを開発するというユニークな機会を見出しました。」

Beehive Industries の背後にあるアイデアは、組織のあらゆるレベルで従来のジェットエンジン設計の豊富な経験を活かし、さまざまな分野の専門家を統合して、積層造形と推進システムの間に橋をかけることです。 Beehive は、買収と有機的成長を通じて、付加製造に関する深い専門知識と能力を構築してきました。同社は 100% 米国を拠点とする垂直統合型サプライチェーンを確立しており、設計、テスト、製造のほぼ 95% を社内で行っています。主な焦点は、ドローンなどの特別に設計された無人アプリケーションです。 Beehive のジェットエンジンは、コストを 50%、設計と製造時間を半分にして、10% ～ 30% のパフォーマンス向上を実現します。
「ビーハイブインダストリーズのもう 1 つの興味深い点は、同社の付加製造を優先するアプローチです」とフォリン氏は説明します。「付加製造と従来の製造の最大の違いは時間です。付加製造により、ほぼすべての設計プロセスが高速化します。ビーハイブでは、コンセプトからジェットエンジンのテストまでのプロセスに約 14 か月かかります。これは、従来のジェットエンジンの製造にかかる時間のほぼ半分、場合によっては 3 分の 1 に相当します。」
これが可能なのは、Beehive Industries が主に、商用航空とは異なる要件を持つ無人システムに重点を置いているためです。コンポーネントのテスト段階に早く到達でき、チームは設計を迅速に成熟させることができます。たとえば、積層造形技術により、BTJ-500 ジェットエンジンのエンジン部品テストと制御テストを 3 か月未満 (14 か月ではなく) で完了しました。 Beehive がエンジンをテストしていた時点で、プロジェクトは 5 回目か 6 回目の改訂段階にありました。従来の製造の場合、達成できる最高のものはバージョン 2 です。
米国でテスト済み<br /> 付加製造では、実際のテストと分析を通じて設計を検証できますが、実際のテストは時間がかかり、必ずしも正確であるとは限りません。テストデータは嘘をつきません。付加製造によりテストをより早く開始できるため、最終設計をより迅速に実現できます。「Beehive では、プロセスをスピードアップするために積層造形を使用しています」と Follin 氏は説明します。「また、積層造形で印刷された計測機器も導入しており、これによりスピードと柔軟性がさらに向上します。テストに必要な計測機器を印刷したり、計測機器を部品に印刷したりできれば、設計を非常に迅速に調整できます。」
さらに、積層造形法によって、ある米国の製造業者は文字通り、工場の片方のドアから金属粉末を運び、別のドアから完成品を取り出すことが可能になった。これは、統合された部品と簡素化されたエンジン設計を活用して、Beehive のエンジンをほぼ完全に 1 つの工場で製造できることを意味します。その結果、サプライヤーの数は減り、それらのサプライヤーは混乱の可能性が低い米国に拠点を置くことになります。
「エンジンのどの部品が故障する可能性があるか考えてみてください」とフォリン氏は言う。「グローバルネットワークの依存関係が少ないほど、サプライチェーンの安全性が高まります。積層造形には必要な部品が少なく、大規模なリスクが軽減されます。」

Beehive のデンバー本社には、カスタム構築された 2 つのエンジンテストセルがあります。インフラの開発はジェットエンジン実証機と並行して始まり、今年初めに完了した。
Beehive Industries のような企業にとって、付加製造のもう一つの計り知れない利点は、将来に向けて展開できることです。設計が確定し、正常に印刷およびテストされると、製造のスケーリングと物理的な移動は比較的簡単になります。鋳造所と専門の労働力に依存する従来の製造業とは異なり、付加製造は特定の施設や場所に縛られません。動きの速いサプライチェーンとして考えてみましょう。鋳造工場とは異なり、プリンターと金属粉末の移動は比較的簡単です。
フォリン氏は、付加製造も急速に拡大できると考えている。 Beehive はエンジンの生産を迅速に拡大することができます。たとえば、ビーハイブにある 3 つの工場のうちの 1 つの小さなセクションでは、毎年約 2,500 台のエンジンが生産されています。
「ジェットエンジンと積層造形の専門知識を結集し、無人アプリケーションに重点を置き、垂直統合型サプライチェーンを確立することで、適切なアプリケーションに適切なプロセスを適切なタイミングで構築できると考えています」とフォリン氏は語った。その結果、無人航空システム向けのクラス最高のソリューションが誕生した。当社は、お客様と協力しながら、積層造形の可能性を最大限に引き出すカスタムジェットエンジンの開発に取り組み、革新と開発の加速を継続していきます。 ”

積層造形法による航空宇宙用鋳造コアの製造<br /> Beehive は金属積層造形法を使用した直接部品製造のリーダーですが、2021 年には鋳造パートナーである Eagle EngineeredSolutions の買収にも投資しました。同社は 3D プリントされたセラミックコア、ワックス、金属鋳造パターンの大手グローバルサプライヤーです。インベストメント鋳造および砂型鋳造産業。
「当社の使命は、米国を再産業化するための力、革新、ツールを提供する、業界を定義する進歩をもたらすことです」と、ビーハイブインダストリーズの CEO、モハマドエテシャミは述べています。「イーグルエンジニアードソリューションズは、急成長市場における先進技術に重点を置く米国所有の企業です。今回の買収は、当社の成長だけでなく、我が国の将来の競争優位性にもつながります。当社は、不可能と思われていた設計を可能にすることに注力しています。イーグルのダイレクトプリントセラミックコア技術は、お客様が極めて複雑な設計を実現できるよう支援し、より小型で効率的かつ手頃な価格のエンジンシステムの製造を促進します。」
Eagle は現在、Beehive Industries のエンジニアソリューション部門の一部として運営されており、チームはファウンドリへのソリューション提供能力の強化と拡大に注力しています。オハイオ州マウントバーノンにある Eagle の製造・生産施設には 35 名以上の従業員と 40 台の 3D プリンターがあり、BeehiveIndustries のイノベーションインキュベーターである Innovation Technologies の現在のプロジェクトの促進にも貢献しています。
「アメリカの製造業の将来は量ではなく、複雑な問題を迅速に解決し、新しいイノベーションを大規模に実行する能力に基づいています」とエシャミ氏は述べた。「私たちは、イーグルの技術と私たちのスキルとリソースを組み合わせて、迅速でスケーラブルで効率的な開発を可能にしています。この買収がもたらす短期的および長期的なアプリケーションに非常に期待しています。」

AM への移行<br /> Beehive Industries にとって、鋳造や鍛造から付加製造への移行は、米国の製造業に豊富な機会をもたらします。同社の最高製造技術責任者であるジョナロン・ジョーンズ氏にとって、付加製造はアメリカの製造業の未来です。
ジョーンズの主な業務は、製造ソリューションとガイダンスを生産および設計チームに提供して顧客をサポートすることです。彼の仕事には研究開発の側面も含まれています。多くの顧客にとって、付加製造を使用するのは初めてだからです。ジョーンズのチームは彼らと協力して、リードタイムを短縮し、パフォーマンスを改善し、部品の品質を高める改善点を特定しました。
Beehive 社は、機能と性能の向上に対する需要を満たすために、印刷可能な超合金も開発しています。ほとんどの顧客アプリケーションでは、添加剤メーカーは、溶接性が高く作業が容易な In718 や In625 などの従来の材料を使用しています。しかし、これらの従来の合金には、強度や耐熱性などの限界があります。これらの制限に対処するために、Beehive は積層造形プロセスで使用するための新しい超合金を採用しています。
「ビーハイブでは、サイロ化されてしまうような専門家やスペシャリストを集めています」とジョーンズ氏は言います。「私たちのチームは、学術的な冶金学者、さまざまなエンジニアリングの専門家、そして独自の理解やアプローチをもたらすその他の人々を含む強力なチームです。私たちは、この多様な経験と視点を協力的な環境にまとめ、材料サンプルの継続的なテスト/印刷を奨励しています。私たちは、より高性能で溶接が難しい合金に取り組んでいます。また、積層造形された部品は、プリンターから取り出してすぐに使用されるため、プロセスが大きく異なります。積層造形で材料を処理する独自の方法により、材料を非常に速く溶かして冷却することができます。したがって、微細構造を調整して、ひび割れの傾向を抑制できる可能性があります。これにより、積層造形で印刷された新しい、より優れた高温合金への道が開かれます。」
これまでに、3つの新しい高温合金をリリースしました。 1 つは Mar-M 509 で、現在 Beehive の複数の顧客によって使用されており、次に Inconel 939 と Mar-M 247 が続きます。この最後の材料は社内の課題として始まりましたが、現在これを積層造形で使用できるようになったのは、伝統的な冶金学と革新的なアイデアの両方を通じてビーハイブがソリューションを絶えず追求してきたことを反映しているとジョーンズ氏は指摘しています。
彼は、ビーハイブ社のジェットエンジンが明確な例であるように、業界が積層造形の利点を活かす設計を開始したときに、積層造形による最大のメリットが実現されると予想しています。これらは最初から積層造形の利点を生かすように設計されており、従来のジェットエンジンとは大きく異なります。 Beehive のエンジン部品のほとんどを製造するには、積層造形以外の方法はありません。

エンドユーザーグループへのアプローチ
2021年に完了したもう1つの買収は、VolunteerAerospaceです。これにより、Beehive Industriesは、ボーイング、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、NASAなどの企業にフルサービスの3Dプリントプロバイダーとなることができます。
Volunteer Aerospace は、テネシー州に拠点を置く付加製造および高度製造プロバイダーです。「私たちのビジョンはアメリカを再工業化することであり、その一部は次世代のアメリカ製造業への投資を意味します」とビーハイブインダストリーズのモハマドエテシャミ氏は語ります。「ボランティアの航空宇宙企業は、重要な付加製造法と高度な製造方法の最前線に立っており、これはこの国の力強く自立した未来の証です。」
科学技術を生産活動に急速に変換する先進製造業は、製造業においてますます重要な分野となっています。 Volunteer のビジネスモデルは、3D プリントや適応戦略などのツールを使用して、航空宇宙、防衛、および関連市場向けにフルサービスの製造と革新的な開発を提供することを基本としています。同社は、衛星、ロケット、ヘリコプターなどのミッションクリティカルな部品を供給していることで知られており、Beehive Industries の先進製造部門の一員として、引き続き供給を続けています。多くの航空宇宙大手は、付加製造の利用を増やす必要があります。
航空宇宙分野における積層造形の将来性
ジョーンズ氏は、DfAM のアプローチにより、現在、あらゆる可能性が解き放たれていると述べています。最近まで、積層造形に対する需要のほとんどは、鋳造や鍛造用に設計された部品の印刷に向けられていました。緊急の場合のみ、第一選択肢として検討してください。メーカーは積層造形のスピードがもたらすメリットを認識している一方で、潜在的なパフォーマンス向上の機会を逃していることにも気づいています。最終的な結論は、付加製造によりさらに多くのものを提供できるということです。
ジョーンズ氏は、設計と生産のスピードに加えて、企業が積層造形向けに設計し、新しい材料を活用する方法を模索する新たな段階に突入していると考えています。この変化を引き起こした要因は数多くあります。場合によっては、積層造形の価値が他の業界で実証されています。付加製造へのさらなる決定を促す問題点もあるかもしれません。たとえば、部品不足や遅延に対処する方法として。

エンジニアの教育も影響を与え、国防総省の調達サイクルもこの変化を加速させる可能性がある。「たとえば、最近のヘリコプターのコンテストでは、新しい技術、特に積層造形の使用が奨励されました」とジョーンズ氏は明らかにしました。「ある企業は、積層造形部品を自社の設計に組み込むために、ビーハイブ社にアプローチしました。その結果、同社は 2 年間の調達サイクルを 1 年に短縮し、競争上の優位性を獲得しました。」
ジョーンズ氏は、認証が幅広い導入を阻む最大の障壁の一つであると指摘し、「現在、十分に理解され、十分に文書化された業界標準は多くありません。しかし、私たちは大きく、そして急速に進歩しています。国防総省は、包括的な軍事仕様を確立するために製造基盤に浸透する政策とガイダンスの開発において主導的な役割を果たしています。これは、米国の製造部門およびそれ以外の分野での積層造形の継続的な導入に役立つ重要な取り組みです。」と述べました。
ジョーンズ氏は最後に、「積層造形はまだ歴史が浅い。多くのメーカーがその可能性に気づいている一方で、私たちはイノベーションの波の始まりにいる。業界固有の材料や仕様の開発によって積層造形の使用がすぐに加速し、イノベーションの新しい時代が訪れると期待している」と結論付けています。

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