航空機製造で3Dプリントが使用される理由

出典: サブリメーション 3D

▲航空宇宙部品の 3D スケッチ長年にわたり、航空宇宙は世界中で 3D プリントの最も急成長している用途の 1 つであることが証明されています。多品種、小ロット、複雑な構造は航空宇宙産業の独特な製品特性であり、軽量、低コスト、迅速な開発に対する切実なニーズは、自由度の高さ、成形の高速化などの3Dプリントの特性と非常に一致しています。航空機メーカーの中には、この短いダウンタイムを利用して航空機を改修したり、老朽化した航空機を維持するためのデジタル在庫を構築したり、高度な製造技術を使用して次世代の航空機を製造したりするところもあるかもしれません。例えば、我が国の国産大型航空機C919は、3Dプリント技術を大量に応用して設計・試作されました。

▲国産大型航空機C919 航空業界が3Dプリントを使用する理由を詳しく見て、これらの共通の利点が航空機の製造にどのように活用されているかを見てみましょう。
部品の統合

部品の組み立てにおいて最も弱い点は、組み立て点です。航空機の場合、このような弱点は重大な故障点となり、人命を危険にさらす可能性があります。
部品の複数のコンポーネントを単一の 3D プリントビルドに統合することで、必然的に組み立てポイントの数が削減されます。 3D プリントで実現できる独自の形状により、通常は数十または数百の部品で構成される部品を、わずか数個または 1 個にまで削減できます。部品を固定するために溶接、リベット、その他の留め具を使用する必要がないため、組み立てが減るだけでなく、潜在的な故障点も減ります。

統合されるコンポーネントが増えるほど、コストの節約が大きくなります。組み立て後に部品が固定された場合は、設計を統合する機会となる可能性があります。積層造形においては、複雑さは多くの場合無料であり、最も成功する部品はこの原理を最大限に活用します。部品統合の主な利点は次のとおりです。

組み立ての削減:これには、労働力、在庫、固定具/工具、および最終製品の製造フットプリントの削減が含まれます。組み立て検査も削減され、組み立てエラーの可能性が大幅に減少します。

障害点の減少:長期的なメンテナンスコストが削減され、交換部品の在庫も削減されます。必要に応じて、小規模なバッチ変更を迅速かつコスト効率よく行うことができます。

運用コストの削減:積層造形により、部品を最適化する設計の自由度が向上し、部品の軽量化や熱性能の向上などの機能強化が可能になり、製品のパフォーマンスが向上します。

軽量

飛行中に使用される機器の場合、「グラムは金」であり、1キログラムの重量軽減で数十万元の節約が可能です。部品が軽くなれば燃料も少なくなり、飛行時の二酸化炭素排出量が減るだけでなく、飛行コストも削減されます。

▲軽量構造設計
3D プリンティングは、従来の製造材料に基づいて革新を続けており、より優れた性能を持つ 3D プリンティング材料配合を使用して、同じ構造部品でより軽量な最終部品を作成しています。部品統合、3Dプリントのトポロジー最適化、格子構造などの軽量構造を組み合わせることは、航空機の軽量設計に特に有益であり、機能密度を高めます。

設計の自由度の向上

積層造形に携わる多くの人々は、この技術によって、他の製造方法では製造できない複雑な形状を初めて実現できるため、非常に大きな「設計の自由度」が得られると主張したがります。

過去には、非常に複雑な設計の部品は製造が困難であったり、非常にコストがかかったり、あるいは製造自体が不可能な場合もありました。積層造形プロセスを使用すると、非常に複雑な 2 次元または 3 次元の金属部品を比較的簡単な方法で製造できます。これは、ソリッド部品とメッシュ部品で構成される構造部品を一体的に形成する実行可能な方法です。

トポロジー最適化やジェネレーティブデザインなどの設計手法は、3D プリントでこれまで考えられなかった新しい形状を開発するのに効果的に役立っています。これらの複雑な格子デザインは、必要な場所にのみ材料を組み込むことで重量を軽減するだけでなく、従来のデザインよりも強度が高いこともよくあります。一定の制限は依然として存在し、3D 印刷技術や使用される材料によって異なる場合がありますが、これらの制限は多くの点で、従来の減算型製造プロセスで見られる制限よりもはるかに小さくなっています。古くなった元の部品を置き換えるために新しい航空機の内部および外部の部品を設計することができ、より柔軟な設計技術を使用して極端な機能を追加することもできます。

迅速なプロトタイピングの反復

3D プリントの本来の用途は、ラピッドプロトタイピングです。アイデアのスケッチから CAD 設計、最初のプロトタイプ、そして 2 番目、3 番目と続くプロトタイプの作成まで、3D プリントにより新製品の市場投入までの時間が短縮されます。従来のプロセスでタービンブレードを製造するには金型製作が必要で、設計から製造まで約半年かかります。しかし、3D プリント技術を使用すれば、数日または数週間以内に迅速なターンアラウンドと反復が可能になります。

小ロット生産

航空宇宙産業では、総生産数で測った航空機の生産数は、自動車や家電製品の製造に比べると比較的少ないです。

高価値、少量生産には 3D プリントが最適です。従来の製造プロセスの多くは、大量生産のための規模の経済性を実現するために高価なツールや金型の作成を必要としますが、積層造形には金型は必要ありません。追加の成形コストやツールコストをかけずに、同じビルドプレート上に異なるデザインを含め、一度に 1 個または数個の部品を製造できます。

積層造形と従来の製造の変曲点では、通常、従来の技術がより費用対効果が高くなる前に、数百または数千の部品を製造する必要があります。これにより、最終的には各射出成形部品のコストが数セントまで下がる可能性がありますが、その交差点までは、3D プリントの方が費用対効果が高くなります。特に高価値のアプリケーション材料を扱う場合、材料の節約は不可欠です。

デジタルインベントリ

航空機の耐用年数が終わりに近づくと、特定の部品を交換することで修理して飛行を継続できる場合がよくあります。従来の方法は、物理的な倉庫を使用して、これらのスペアパーツが必要になるまで棚に保管することです。ほとんどの場合、これらのスペアパーツは元の大量生産 OEM パーツと同時に製造され、摩耗したパーツの交換用に確保されています。しかし、その需要が実現しなければ、製品を生産する時間とコストが無駄になるだけでなく、製品が棚に置かれたままの年月も無駄になる。さらに悪いのは、需要があってもスペアパーツが在庫切れの場合、特に永久に生産中止になっているパーツの場合、小さな部品の不足により航空機が飛行不能になる可能性があるということです。

デジタル在庫管理アプローチでは、商品を物理的に棚に置くのではなく、3D プリント可能な設計ファイルを保存します。交換が必要な部品は、適切な 3D プリント技術を使用していつでもどこでも製造でき、高価な金型やツールを事前に作成する必要はありません。これにより、OEM の遅延を待つ必要がなくなり、物理的な在庫への圧力が軽減されるとともに、小さな部品が原因で航空機が飛行できなくなることがなくなり、飛行寿命が延びます。

— 3D プリントでより高く、より遠くへ飛ぶ —

試作品からスペアパーツに至るまで、航空機の生産はサプライチェーンにおける 3D プリントの使用からますます恩恵を受けています。分散型生産、新しい設計の可能性、時間、材料、コストの削減により、航空機を高く飛ばし続けるための新しい方法が生まれています。

付加価値製造プロセスは従来の製造に代わるもので、金型コストを節約し、多くの面でコスト削減と効率向上を実現できます。 3D プリント材料は、3D プリント技術の発展の材料基盤です。金属、セラミック、複合材料は、3D プリントの分野で新たな分野として注目されています。 Wohlers Associates Inc.が発表した業界統計によると、3Dプリントの下流応用産業では、自動車産業、家電、航空宇宙が最大の割合を占めており、金属、セラミック、複合材料が3Dプリント材料の「トリガーポイント」となるだろう。

「中国製造2025」計画を背景に、3Dプリンティングはわが国におけるインテリジェント製造を推進する主力分野となっており、航空宇宙は積層造形の重要な応用分野の一つです。現在、国内外の航空宇宙分野では、高マッハ数、高機動性の航空機が次々と登場し、次世代航空宇宙機の主な発展トレンドの一つとなっている。その設計要件は、設計・製造プロセスに高い要求を突き付けており、その部品の多くはサイズが大きく、形状が複雑で、複数の構造を持っている。3Dプリント技術は、大型部品の一体製造、特殊形状の複雑な構造部品の製造、バッチカスタマイズ構造部品の製造において大きな利点を持っている。

Sublimation 3D は、金属/セラミック材料の開発と準備、金属/セラミック 3D プリンターの研究開発と製造、スライスソフトウェアの開発から 3D 印刷プロセス、脱脂、焼結まで、金属/セラミック間接 3D 印刷プロセスチェーンの完全なセットを提供できる数少ない国内サプライヤーの 1 つです。現在、航空宇宙応用分野の多くの科学研究機関、大学、企業と協力し、高性能、軽量、微細構造のセラミック/金属間接3Dプリント総合ソリューションの提供に取り組んでいます。

航空機製造で3Dプリントが使用される理由

3Dイノベーションセンターが天津に設立され、伝統産業の変革とアップグレードを推進

MakerBot は米国全土の 5,000 校以上の学校に導入され、学生たちの 3D プリントの夢を輝かせています。

建築スタジオDA BUREAUがドバイで世界最大の3Dプリントインテリアを公開

3Dプリンティング産業チェーンの全体像と主要地域の分析

極地探検家がセイコーの3Dプリントメガネをかけて北極を横断

別の3Dプリント会社が1億元以上を調達

NextFlex、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）とエレクトロニクス3Dプリンティングの発展に440万ドルの資金提供を約束

FlashForge 3Dプリンターのリーダー3 Plusが米国のRapid+TCTでデビュー

メルティオ、中西部および西部の山岳市場拡大のため、EXBuild を公式販売パートナーとして発表

エアバス A350 機には 3D プリントされたチタン部品が使用されています。あなたはそれに座ってみませんか?

推薦する

青島市莱西市のメイカー教師、謝振東さん：子どもたちのイノベーションを支援するメイカー教育に尽力

FlashForge が 250mm/秒の高速印刷に対応した新型 3D プリンター Leader 3 Plus を発売

【分析】積層造形技術における非破壊検査の研究の進歩

従来のFDMより8倍高速でサポート不要、SEAM高速スクリュー押し出し3Dプリントシステム

PPprint と Ascent Fabrication が提携し、プロフェッショナルなポリプロピレン (PP) 3D プリントソリューションを提供

AECCとドイツのEOSが共同で積層造形のための共同イノベーションセンターを設立

FDMプロセスパラメータが印刷部品の微細構造と耐摩耗性に与える影響

飛躍的発展の達成、AVIC Matt 2022 年次レビュー

乳糖不耐症に朗報：南京工科大学CEJ - 3Dプリント酵素固定化フローリアクターが牛乳の乳糖を効率的に除去

上海の高校生は冬休み中に学者の講義を聞き、3Dプリントを学ぶ

voxeljet が高速焼結 TPU 素材を発売し、オンデマンドのバッチ 3D 印刷サービスを提供

3Dプリントの助けを借りて頬骨が砕けた顔を完璧に修復

キヤノンは、高解像度のアルミナベースのセラミック材料であるセラミック3Dプリンターの開発も開始しました。

水彩ペン4本を使い、廃材60個を3Dプリントし、大学生3人が臨時チームを結成して最優秀賞を獲得

Shining 3D EinScan 3Dスキャナーソフトウェアがアップデートされ、モデルをワンクリックでSketchfabに共有できるようになりました