百の学派が争う！ AM技術は航空宇宙産業で爆発的に普及した

はじめに：積層造形技術がもたらす柔軟性、軽量性、低コストといった利点が継続的に認識されるにつれて、この技術の航空宇宙分野全体への応用が徐々に拡大しています。実際には、製造シナリオによっては 3D プリント技術の使用が必要になるケースが増えています。これは、金属粉末または複合材料を使用して物体を層ごとに構築する技術であり、小型部品の製造では鋳造よりも競争力があります。材料や設備を含む技術が成熟するにつれて、メーカーは大型部品や構造物の製造にこの技術をますます適用するようになるでしょう。 GEアビエーションの付加製造部門責任者、エリック・ガトリン氏はインタビューで次のように語った。「付加製造技術に対する当社の信頼と技術自体のレベルは高まっています。当社の現在の開発方針は、製品の重量とデザインに違いをもたらす限り付加製造技術を使用することです。」
一方、GEアビエーションは、フランスの航空エンジン会社サフランとの合弁会社であるCFMインターナショナルと提携して製造している、Leapターボファンの燃料ノズルなど、積層造形部品の経験がすでにある。同様に、GE9X エンジン 1 基あたり、積層造形によって 292 個以上の部品が提供されるようになりました。ガトリン氏は、従来の伝統的な生産モデルと比較して、新しいAMモデルは生産性の大幅な向上をもたらしたと述べた。さらに、GE の新しい Catalyst 一般航空およびビジネスジェットエンジンも 3D プリント技術を使用して大量生産される予定です。
GE Aviation チームと GE グループは 2016 年 10 月に GE Additive Manufacturing 部門を設立し、緊密に連携してきました。 GE アディティブマニュファクチャリングのエンジニアリングおよびテクノロジー担当ゼネラルマネージャー、クリスシュッペ氏は、次のように述べています。「このアプローチにより、コストが削減され、設計および製造プロセスの堅牢性が向上し続けています。AM は、GE アビエーションのエンジニアにとってますます一般的な用語になりつつあります。アディティブマニュファクチャリングはプロセスの一部として受け入れられているため、もはやアディティブマニュファクチャリングのために奮闘する必要はありません。」
ある程度、積層造形用の部品を設計する際の柔軟性の向上が、エンジニアの支持を得たようです。シュッペ氏によると、これらのプロセスにより、デザイナーはより創造的になり、鋳造の構造的制限に縛られなくなる非常に大きな可能性が開かれるという。
従来の鋳型鋳造法からの移行に対する信頼が高まるにつれ、GE はサプライベース全体の企業に対し、付加製造技術で今日どのような製品を製造できるか自問するよう求めました。「私たちは、自分たちとパートナーに、できる限りのコスト削減を実現するよう挑戦してきました」とガトリン氏は語った。「製造コストの削減により、追加の資金がいくらかあります。これにより、1年以内に従来の機械加工モードを積層造形に切り替えるという積極的な計画を策定する時間もできました。」
現在、ゼネラル・エレクトリックは付加製造製品の製造において大きな技術的優位性を持っており、そのほとんどはオハイオ州シンシナティの開発センターで生産されています。さらに、GE はアラバマ州オーバーンとイタリアに工場を構えており、世界中でビジネスの継続性が大幅に向上し、生産プロセスの共通化も進んでいます。
△ロールス・ロイス社は、パール10Xエンジンの燃焼器タイルなどの部品の製造に積層造形技術を採用しています。（写真：ロールスロイス）
GE のライバルである航空宇宙エンジン会社、ロールス・ロイスにとって、2015 年は AM プロセスを使用して Trent XWB-97 ターボファン用の大型チタン空気膜を製造した、積層造形への移行における大きな節目となりました。英国を拠点とする同社が初めてエアバスA350ワイドボディジェット機にエンジンを供給した際、直径1.5メートルの構造物は民間航空機に搭載される最大の耐荷重構造物と言われていた。
ロールス・ロイス社の製造ディレクター、ニール・マントル氏は次のように語った。「当社は、積層造形が持つ大きな可能性を長い間認識しており、積層造形がもたらす幾何学的自由度を利用して、他の方法ではできないものを作ることができると認識していました。」
ロールス・ロイス・グループのこの分野における最も先進的な成果は、ダッソー・アビエーションの最新のファルコン 10X ビジネスジェット向けに開発されているパール 10X エンジンです。マンター社は、この画期的な技術を大型旅客機の動力装置にますます適用していくと述べた。

Pearl10X は、ロールス・ロイス社の Advance 2 テクノロジープログラムの一環として開発された低排出バーナーを使用しています。このバーナーは 3D プリントされたブレードで構成されています。機械には 4 つのレーザーがあり、同時に 4 セットのファンブレードを溶かして形成することができます。
「以前のエンジン燃焼器では、エンジニアはブレードを鋳造し、それに穴を開けて作っていました」と Pearl10X のシニアバイスプレジデントである Philipp Zeller 氏は説明します。「つまり、ブレードの形状に関して非常に制限がありましたが、今ではブレードで何をしたいのかを完全に自由に定義できます。」「
3D プリントを使用すると、材料を無駄にすることなく、より複雑な部品を製造できるようになります。 Pearl 10X バーナーの場合、このプロセスにより冷却空気の使用が削減され、環境面でさらなる利点がもたらされます。新しい装置には、冷却空気の流れを最適化し、空気混合プロセスの改善によって亜酸化窒素の排出を削減する冷却穴が含まれています。新しい設計では、燃焼器内の高温スポットの数も減り、エンジンの高圧タービンの性能も向上します。

ロールス・ロイスはイングランド北部のロザラムで、専用の付加製造施設に投資しました。同社のチームは、AM 技術を産業化し、グループのより広範な生産プロセスに組み込めるように取り組んでいます。全体として、同社は新しいプロセスへの切り替えにより、部品の設計と製造にかかる時間を最大 75 パーセント短縮できると考えています。
ロールス・ロイス社は、パール 10X に加えて、タービンベアリングハブを含む新しい UltraFan エンジンのコンポーネントにも積層造形を使用する予定です。これらの積層造形部品は、TrentXWB-97 の部品よりも大きくなります。
3D プリンターおよび積層造形のトップ企業である Stratasys 社も、航空宇宙 OEM が主流のサプライラインの一部として積層造形プロセスを採用するケースが増えているとみています。「これはかつては実験的な技術と見られていたが、エアバスのような企業にとっては日常的な調達の一部となり、今ではA350を含む自社のプラットフォームに使用されている」と、米エアバス社の航空宇宙事業担当副社長スコット・セブシック氏は語った。

Stratasys のプリンターは、Ultem や Antero などの特別に開発されたポリマー樹脂を使用しており、アルミニウムの代わりに大幅に重量を軽減できます。これらの材料は、航空機客室内装部品の製造にますます使用されるようになっています。同社は最近、小型部品の高解像度 3D 印刷に適した新しいバット重合技術を導入しました。
セブシック氏によれば、大手エンジン・システムメーカーのサフランをはじめ、航空宇宙サプライチェーン全体の企業が積層造形を採用しているという。さらに、英国の Senior Aerospace BWT のような専門企業もあり、同社は最近納品された 2 台の Stratasys Fortus 450mc プリンターを使用して空気ダクトシステムを製造しています。
AM 分野における最新のトレンドの 1 つは、強度を高めるためにポリマーに炭素繊維を追加することです。場合によっては、材料開発者は難燃剤や付加製造などの要素を追加して、従来の押し出しプロセスに適さないコネクタなどの小型部品の製造を容易にしています。

セブシック氏の見解では、付加製造はアフターマーケットにおけるコスト効率を高める可能性も秘めている。世界中に資格を持った 3D プリント請負業者が存在するため、交換部品をより迅速に製造し、それぞれの地域の航空機運航者とその保守組織に配布することができます。
ストラタシスは、過去5、6年の間に、同社の航空宇宙事業は、3Dプリンターや材料を下位サプライヤーに販売することから、サプライチェーンの最上位にある航空宇宙OEMに販売することへと移行したと述べている。それに加えて、ますます多くの航空宇宙企業が材料の特性についてより深く理解するようになり、現在ではほとんどのビジネスが航空宇宙企業と行われているため、今では業界では材料の特性を理解することがほぼ必須となっています。「

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