GE、米空軍の金属3Dプリント能力構築を支援

出典: Watch Aviation

Pacer Edge プログラムの初期の成功と勢いに基づき、米国空軍とゼネラル・エレクトリック (GE) は、2021 年 11 月にこの金属付加製造パスファインダープログラムのフェーズ 3 に入りました。この段階では、空軍の「コールドスタート」に対する継続的な支援という巨大な課題に直面することになる。「コールドスタート」とみなされる航空機エンジン部品は、調達に 300 日以上かかる部品です。米空軍には、毎年「コールドスタート」が必要なエンジンが 800 台以上あると推定されています。
耐空性のある3Dプリント金属部品は、1年も経たないうちに宇宙に打ち上げられました。2021年6月、GEは米国空軍から、F110エンジンの積層造形による燃料タンクサンプカバーのエンジニアリング変更提案（ECP）の承認を取得しました。この部品は、Leading Edge Runner プログラムの最新のマイルストーンとして、金属積層造形法を使用して設計および製造された最初のエンジン部品であり、米国国防総省による物理的な耐空性認証に合格しています。 GEの大規模な軍事エンジニアリングチームのチーフエンジニアであるマット・ゾルウィンスキー氏は、GE90エンジンのT25センサーが民間航空宇宙部門におけるGEの金属積層造形部品のFAA認証の先駆けとなったのと同様に、F110エンジンタンクサンプカバーは、GEのより多くの軍事積層造形部品の耐空性認証の強固な基盤を築くと述べました。

米空軍当局者ネイサン・パーカー氏は、このプログラムはリスクを軽減し、航空宇宙分野における付加製造の応用を実証するための重要な取り組みであると述べた。航空機エンジン部品を付加製造し、軍用耐空性を獲得する能力は、付加製造における米空軍にとって重要な一歩である。空軍振興局のジョン・スネドン局長は、空軍参謀総長が空軍兵らに「変化を加速しなければ失敗する」と挑んだと語った。 Leading Edge Runner プログラムプロセス全体は、加速された変化というコンセプトに基づいて構築されています。F110 エンジンタンクサンプカバーの開発と耐空性承認のスピードは、その好例です。プログラムによって実証され、証明された機能は、軍用航空機エンジンの生産と持続的なサポートのルールを変え、将来の空軍即応性に関する多くの課題に対処することになります。経験とデジタルの手がかりに基づくスパイラル開発
F110 エンジンオイルタンクサンプカバーの耐空性認証により、プログラムのフェーズ 1a は終了しました。このプロセスは 1 年もかかりませんでしたが、GE の 10 年にわたる金属付加エンジニアリングと製造の専門知識の集大成となりました。 GE チームは、3D プリントされた金属部品を搭載した民間航空機エンジンの耐空性に関する深い知識を有しており、空軍が独自の堅牢な軍用耐空性プロセス検証および認証プロセスを構築する際に役立ちます。緊密な連携と知識の共有により、金属積層造形におけるますます複雑で大型化する部品の技術データパッケージ (TDP) を継続的に特定、リバースエンジニアリング、開発するという空軍のスパイラル開発アプローチが強化されます。

マットは、空軍の広範な維持および即応戦略の一環としての付加製造に対する強力なビジョンにより、空軍の合同チームが迅速に前進することができたと指摘しました。彼らは学びを共有し続け、特に資格認定プロセスの開発と設計反復の加速において、効率的で構造化された作業方法を開発しました。そして、この無駄のない運用効率がこれらの結果を推進しました。プログラムのフェーズ 1b には、複雑で大型の荷重支持構造の研究が含まれており、40 年以上使用されている TF34 エンジンの生産中止となった燃料タンクサンプカバーの積層造形に重点が置かれています。

GEアドバンスト・マテリアルズ・ソリューションズのゼネラルマネージャー、リサ・コロア・ボックリー氏は、空軍と共にこの旅に参加できることを大変嬉しく思っていると語った。午前中の旅行は素晴らしかったですが、良い旅程マップと経験豊富なガイドがいればさらに良かったでしょう。同社は比較的単純な部品からスタートしましたが、スパイラル開発モデルが形になりつつあり、チームに焦点が当てられ、同社の専門家が途中で指導し、問題を解決していきました。

GE の専門家は、デジタルツイン、予測分析に基づくメンテナンス、部品ライフサイクル管理の専門知識にも重点を置いており、米国空軍のデジタルエンジニアリング戦略と社内知識を補完しています。リサ氏は、人間同士の交流とコラボレーションはどちらも会社の仕事に大きな価値をもたらすが、デジタル化こそがそれを可能にするものだと語った。付加製造は、設計とモデリングから現場監視、検査、最終的な品質レベル保証までの全プロセスをカバーする強力なデジタル技術でもあり、デジタルツインと予測分析を追加することで、システム管理、診断、稼働中のシステムの修復などの新たな可能性が生まれます。

ティンカー空軍基地の耐空性 金属付加製造サプライチェーンの中心であるGEの軍事プログラム担当ディレクター、ローレン・タシン氏は、「フロントランナー」プログラムの次の段階では、国防総省の維持ニーズをサポートするために飛行可能な部品を生産できる金属付加製造サプライチェーンをオクラホマ州ティンカー空軍基地に確立することが含まれることを明らかにした。最近、空軍推進局はプログラムの追加フェーズに資金を提供するために 1,000 万ドルを投資しました。この資金により、空軍内の付加製造能力の開発が加速され、軍用エンジン、航空機、支援機器用の耐空性の高いハードウェアの設計と印刷能力が強化される。プログラムを実行するチームは、3D プリント機能を活用して、入手が困難で旧式のシステム用スペアパーツの制約を軽減しています。
米国空軍推進維持部門の主任技師メラニー・ジョナサン氏は、F110 エンジンタンクサンプカバーは、米国空軍の耐空性プロセスの試験を可能にする素晴らしい先駆者であると考えています。航空機には金属 3D プリントに最適な部品が多数あります。次に、テクノロジーと同じくらい応答性が高くなるように耐空性プロセスの最適化に重点を置きます。ティンカー空軍基地の推進統合部門の責任者であるベス・ディットマー氏は、このプログラムにより、空軍の3D金属印刷の広範な導入が加速され、サプライチェーンの不足に有機的に対処し、リードタイムを大幅に短縮して追加の調達オプションを作成することで、戦闘員へのサポートを改善するという約束を果たすことができると語った。

フロンティアランナーズプログラムは、 <br /> GEアディティブのリーディング・エッジ・ランナー・プログラムのプログラム・マネージャーであるアレクサ氏によると、次のマイルストーンは、空軍とGEチームにとって最優先事項であり、入手が困難な旧式の「コールドスタート」部品のデジタル3D技術データ・パッケージ（TDP）を作成し、飛行可能なニアネットシェイプの鋳造品4個を提供することだった。これらのデータパッケージにより、最終的には部品の陳腐化が過去のものになります。今後数年間で、チームは空軍の維持プラットフォーム全体にわたって、技術的にますます複雑化する少なくとも 5 つのデータパッケージを作成することを計画しています。
フェーズ 3 では、チームはオハイオ州シンシナティの GE Additive 施設にある Concept Laser M2 シリーズでコバルトクロム合金を使用して、クランクとクロスアクスルアームの 2 つのコンポーネントを印刷することに成功しました。合金718を使用した他の部品の作業も進行中です。このプログラムの目標は、ティンカー空軍基地に有機的な能力を確立することです。この目標を達成する方法は、プログラムによって生成された知的財産が米国政府によって所有されるようにすることです。これにより、将来的には空軍と国防総省がこれらの部品を自ら印刷できるようになる。このプログラムは、2022年春に飛行可能な生産鋳物を米国空軍に納入することを目標に、順調に進んでいます。

空軍迅速維持局の先進製造プログラム局長ザック・ミラー氏は、GEと空軍の協力により、既存のサプライチェーンでは現在サポートされていない旧型航空機の重要なニーズを満たすために積層造形を使用することが正当化されると述べた。 GEアディティブ社のテクニカル・アカウント・マネージャー、ジョー・フランゼン氏は、3Dデータ・パッケージの作成中、同社は空軍のカウンターパートと緊密に協力し、生産能力をティンカー空軍基地の修理ステーションへ移行していると語った。これにより、米国空軍向けに有機的で飛行可能な金属 3D プリント機能が確立されます。

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