Velo3Dは、航空宇宙企業が金属3Dプリントを統合できるように障壁を克服するために取り組んでいます。

はじめに: 3D プリントの応用背景について話すとき、人々は常にまず航空宇宙産業を思い浮かべます。 3D プリント技術は導入以来、軽量化やコスト削減などの利点を実証しており、そのため業界では 3D プリントの応用と統合に力を入れています。実際、Fortune Business Insights の最近のレポートでは、航空宇宙および防衛分野の 3D プリント市場全体は 2028 年までに 130 億 1,000 万ドルに達すると予測されています。しかし、航空宇宙産業における 3D プリントの急速な成長にもかかわらず、この業界が金属 3D プリント市場に本格的に参入するにはまだほど遠い状況です。

3D プリンティングはさまざまな業界にとって奇跡のソリューションとしてよく取り上げられますが、実際にはこの技術の実用化にはまだいくつかの障壁が存在します。広範囲にわたる研究開発とテストを経て初めて作成されることが多い飛行部品など、資格と認証が関係してくると、状況はさらに複雑になります。 Velo3D のホワイトペーパーを注意深く研究することで、Antarctic Bear は業界にまだ存在する障壁と、同社が独自のエンドツーエンドの金属 3D 印刷ソリューションでこれらの問題にどのように対処しているかを学びました。

航空宇宙分野における金属3Dプリントの応用における障害

金属 3D プリントでは、本質的に、より単純な 3D プリント技術よりも厳密なプロセス制御が必要になります。これらは、業界の多くの企業にとって参入障壁として機能します。たとえば、不活性ガスの問題を考えてみましょう。金属 3D プリントでは、部品の品質を確保するために、密閉された造形チャンバーにこれらのガスを充填する必要があります。これらは、酸素が侵入して脆化やその他の冶金結合不良を引き起こさないようにするために重要です。

チタンや航空機業界で好まれるその他の合金など、強度対重量比の高い合金の場合、材料の反応性が高くなるほど、損傷の可能性が高くなります。これは、酸素と水素が部品に大きな多孔性を生み出し、強度と剛性の特性に悪影響を及ぼす可能性があるためです。したがって、環境規制は重要です。なぜなら、環境規制がなければ、ユーザーは完璧な結果を得ることができず、安全性が最優先される航空宇宙産業のような業界では明らかに選択肢にならないからです。さらに、Velo3D は、従来のシステムを使用する場合、レーザースキャンプロセス中に巻き上がる煙に対応するためにこの不活性ガスの流れを調整することが問題になることが多いと指摘しています。これにより蓄積が発生し、粉末床に伝達されるエネルギーが妨げられ、結果が不安定になります。

ガスの問題に加えて、もう一つの潜在的な障害はソフトウェアです。特に同社は、従来のソリューションの多くは現場でのモニタリングを提供せず、ユーザーが事前にビルドパラメータを最適化することもできないと指摘した。具体的で信頼性の高い現場監視がなければ、ユーザーは使用可能な指標を取得できず、印刷プロセス中に欠陥を特定できなくなります。その結果、機械加工が完了するまで部品に欠陥があることが発見されないため、製造の失敗が増えることになります。これはパラメータに関しても問題となります。システムに特定の部品のパラメータを最適化する機能がない場合、ユーザーは、望ましい最終品質を実現するために、設計を微調整するために複数回のビルドを実行する必要があります。これは無駄が多く、コストもかかるため、金属 3D プリントの導入を検討している業界にとって大きな障害となります。

最後に、航空宇宙企業が金属 3D プリント市場に参入する上で最大の障壁の 1 つは、リコータースクレーパーです。Velo3D は、これが現在のシステムの最大の弱点であると考えています。部品が過熱すると突起が生じ、スクレーパーのコーティングに影響を及ぼす可能性があり、レーザー粉末ベッドシステムでの構築失敗の主な原因の 1 つとなります。これは、より効率的で信頼性の高い印刷を実現するために対処しなければならない主要な問題の 1 つです。

Velo3D は航空宇宙企業にどのように役立ちますか?

Velo3D は、高度な金属 3D 印刷ソリューション、特に自社の Sapphire® システムがこれらの障害を克服するソリューションであり、工業化された金属 3D 印刷機によって、より多くの航空宇宙企業が 3D 印刷にさらに信頼を置くことができると指摘しています。しかし、これは具体的にどのように達成されるのでしょうか?

Advanced Metal Systems は、それぞれの障害を個別に検討し、それらを克服するためのソリューションを組み込んでおり、金属 3D プリントの信頼性を高め、ユーザーにとって使いやすくしています。たとえば、高度な 3D 印刷システムの非接触型後処理アームは、突起面の問題を解消し、スクレーパーと突起の衝突が起こらないようにします。これにより、ビルドの失敗の可能性が大幅に減少し、表面がより滑らかになり、後処理時間が短縮されます。

ソフトウェアに関しては、Advanced Industrial Metal Systems は、徹底したプロセス制御を組み込むことで、より優れた部品をより速く印刷し、冶金構造の完全性を実現するよう取り組んでいます。強力なワークフローにより、CAD ファイルをマシン内で直接処理および最適化でき、プロセスが監視されるため、失敗が減り、印刷の実現可能性が保証されます。最後に、同社は、これらの産業用ソリューションには完璧なガス換気設備が備わっており、付随する煙を排出できるため、レーザー核融合がより高速になると指摘しています。

Velo3D が航空宇宙用金属 3D 印刷システム向けに提供するソリューションも業界で認められています。たとえば、Honeywell Aerospace 社は、ニッケルベースの超合金である Iconel® を使用して認証が必要な部品のサポート構造なしで非常に複雑な形状を作成するために、Velo3D の高度な金属 3D 印刷システムを採用することを決定しました。

KW Micro Power 社も、金属 3D 印刷ソリューションとして Velo3D を採用しました。これを活用して、KW はトポロジー最適化と金属 3D プリントを使用して、迷路のような排気ダクト設計のためにこれまで製造不可能と考えられていた複雑な部品を作成することができました。これらの事例は、Sapphire® のようなソリューションのおかげで、金属 3D プリントが 3D プリントを初めて利用する企業にとっても真に効果的なツールとなり、この技術をより多くの産業用途に拡大できることを実証しています。

Velo3D は次のように結論付けています。「先進的な産業用金属 3D 印刷技術により、ついに、前例のない設計の自由度、リードタイムの短縮、開発および製造コストの削減、そして航空宇宙および防衛向けの最高品質で完全に機能する最終用途部品の約束を確実に実現できるようになりました。」

Velo3Dは、航空宇宙企業が金属3Dプリントを統合できるように障壁を克服するために取り組んでいます。

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