3D プリントの専門家 5 名: 3D プリントは 2022 年までに航空宇宙産業を変える

航空宇宙産業は、研究開発プログラムや大規模生産に積層造形（AM）を最も早く導入した産業の 1 つであり、特に航空宇宙産業では 3D プリントの導入が加速しています。

大企業 (ボーイング、ロッキード・マーティン、スペースX) から初期段階のベンチャー企業まで、世界中の企業が 3D プリントのハードウェア、材料、ソフトウェアを活用しながら、3D プリント技術への投資を促進しています。 2021 年には業界全体が 3D プリント技術を採用し、2022 年には COVID-19 パンデミックの中で成果がもたらされるでしょう。

最近、海外メディア3DPrintは5人の業界専門家にインタビューし、2021年の動向と2022年の航空宇宙分野における3Dプリントの状況について詳しく知りました。彼らは、ボーイングの3Dプリンティング担当副社長のメリッサ・オーム氏、Nexa3DのCEO兼共同創設者のアヴィ・ライヘンタール氏、Velo3Dの創設者兼CEOのベニー・ブラー氏、Relativity Spaceの共同創設者のジョーダン・ヌーン氏、そしてEOS North Americaの金属技術担当シニアマネージャーのアンキット・サハラン氏です。

「2021年、3Dプリンティング業界は、予測モデリングが品質の鍵であり、デジタルスレッドが規模と品質管理に不可欠であることを認識しました」と、ボーイングの3Dプリンティング担当副社長であるメリッサ・オーム氏は述べました。「この認識により、3Dプリンティングプロセスモデリング、デジタルツインの作成、デジタルスレッドデータアーカイブプラットフォームのためのソフトウェア企業が成熟し、出現しました。」

2021年、ボーイングの3Dプリンティング部門は引き続き活発に活動し、完全に制御された分散型3Dプリンティングネットワークを確立して、EOS 3D プリンターで直接部品をリモートかつ安全に製造し、航空宇宙グレードの材料を3Dプリントして航空機の部品を製造しました。オーム氏は、ボーイングは3Dプリントのデジタル化に引き続き注力しており、すでにバリューストリームの約40％をデジタルチェーンに接続し、シミュレーションを通じて3Dプリントの構築を導いていると指摘した。 ”

「当社の自動化されたデータフローは、3D プリントデータベースに共通の形式でアーカイブされており、そこからアクセスして使用することで、バリューチェーンを継続的に最適化できます。」

△3Dプリントの設計自由度、写真提供：ボーイング
「金属3Dプリントは航空宇宙市場の大半を占めていますが、ポリマーの市場も大きく成長しています」と、Nexa3DのCEO兼共同創設者であるAvi Reichental氏は述べています。「金属3Dプリントを業務に取り入れている多くの航空宇宙メーカーは、3Dプリントが成熟するにつれて、ポリマーソリューションにも投資しています。」

ライヘンタール氏は、「人との接触が多いキャビンや内装部品など、航空宇宙分野では3Dプリントによる軽量化が今後も重要な役割を果たすだろう」と考えている。

△NXE 400 3Dシステムを備えたNexa3Dカスタマーエクスペリエンスセンター、写真提供：Nexa3D
Velo3D の創設者兼 CEO である Benny Buller 氏は、今後 1 年間で航空宇宙分野で 3D プリンティングがどのように発展していくかについて非常に具体的なビジョンを持っています。彼は、DfAM (積層造形設計) によって設計の自由度が制限されると考えています。

「2022年には、エンジニアはDfAM（積層造形設計）の束縛がなくなり、軽量部品、性能向上部品、多数の部品を1つに統合するなど、必要な部品を印刷できるようになるでしょう」と彼は語った。「航空宇宙企業はまた、積層造形用に設計しない限り、従来のサプライチェーンでは調達できないレガシー部品を複製することも可能になります。これらの制限がなくなると、エンジニアはパフォーマンスを最適化しながら、新しい航空宇宙システムをゼロから構築できるようになります。」

△XB-1は、Velo3DのSapphireシステムで製造されたチタン合金の3Dプリント部品を使用して飛行します。画像提供：Boom SupersonicおよびVelo3D
オムレン氏は次のように予測しています。「 2022年には、持続可能性が大きな焦点となるでしょう。」たとえば、ボーイングは最近、さまざまな製造プロセスオプションと部品タイプの持続可能性の利点を定量的に調査するための 3D プリント持続可能性イニシアチブを開始しました。

また、粉末のリサイクルや凝縮液の濾過への取り組みを強化し、サポート構造のリサイクルを調査し、サポート構造が不要になるように部品をよりスマートに設計し、シミュレーションを使用してエネルギーを消費し廃棄物を生み出す構築の反復を減らしています。

「3Dプリンティングでは、従来の製造プロセスのほとんどに比べて使用する材料が大幅に少なくなるため、二酸化炭素排出量が削減されます」とオムレン氏は言う。「3Dプリンティングにより、部品を最適化して軽量化し、より小さな容積に収めることも可能になります。つまり、車両を最適化して、より流線型にし、抗力を減らし、使用時に必要な燃料を減らすことができるのです。」

3D プリンティングは複雑なエンジニアリングの問題を解決し、特殊な部品を作成することができ、2021 年には宇宙 3D プリンティングが急増しました。

レラティビティ・スペースの共同創設者ジョーダン・ヌーン氏は、 2021年に市場に登場するすべての新型ロケットエンジンに3Dプリント部品が組み込まれると予測している。

△Relativity Spaceの共同創設者ジョーダン・ヌーン氏、画像提供：Relativity Space
EOS 北米の金属技術担当シニアマネージャー、アンキット・サハランは次のように述べています。「過去 1 年間で、宇宙産業における 3D プリントの採用が拡大し、EOS は調達の観点からかなりの活動を行ってきました。そのため、サハランは、新年に向けて宇宙適応能力の使用が引き続き増加すると予想しています。」

「半導体、家電、再生可能エネルギーなどの新しいアプリケーションや業種への多様化が進み、製品開発と生産に新たな焦点が当てられています。2021年に見られた傾向は2022年も継続し、特に新素材が続々と登場する中で、いくつかのさらなる成長機会が生まれると予想しています。まず、銅と銅合金は、多くの高度にエンジニアリングされたアプリケーションに不可欠であるため、3Dプリンティング業界ではますます重要性を増す重要な素材として浮上しています。」

銅の加工は難しいが、EOS は 3D プリントを成功させるために必要なプロセスを完成させたと述べている。同社は、2022年までに、H13などの工具鋼や、純ニッケルやタングステンなどの純金属がさまざまな用途で再び注目されると予想しています。

△EOS North America 金属技術担当シニアマネージャー、アンキット・サハラン氏
「3D 印刷業界では、部品設計用のデジタルツールが今後も低水準のままとなるでしょう」と Noone 氏は言います。「私たちは 1970 年代のコンピューターファイル形式を使用し、印刷が発明される前に開発された CAD ツールを使用しています。部品を設計からプリンターにロードするまでのワークフローは、非常に手間がかかります。」

現在のツールだけでは不十分であり、この専門家はベンチャーキャピタル会社 Embedded Ventures と提携して、スタートアップポートフォリオの 3 分の 1 をデジタルエンジニアリングツールに集中させ、インキュベートされた企業 KittyCAD を含む高度なハードウェア設計のソリューションを提供しています。

「宇宙関連企業が資金を獲得するにつれて、反復速度が重要になります。業界が飽和状態になるにつれて、印刷などの柔軟なツールを通じた反復速度への投資がさらに重要になります。」

この調子でいくと、今後 10 年間、航空宇宙産業は成長と価値の向上を推進し、現在の 3D プリンティングのトレンドを取り入れ、さらなる投資を促進しながら、自らを改革し続けることになるでしょう。 3D プリントが進歩するにつれ、航空機メーカーと地球外の先見者たちの両方にとってイノベーションが促進されるでしょう。

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