航空宇宙産業では、製造が課題となっています。航空宇宙部品は非常に複雑であるだけでなく、構造的に堅固で、ほぼすべての業界の中で最も高い品質保証基準を満たす必要があります。
コストを削減し従来の製造上の課題を克服するために、多くの航空宇宙企業は、従来の製造プロセスからアディティブ・マニュファクチュアリングに移行して、必要な複雑な部品を効率的に製造しています。
アディティブ・マニュファクチャリングが航空宇宙産業に変革をもたらしていることは間違いありません。航空宇宙市場における積層造形は、22.17%の複合年間成長率（CAGR）で成長し、2026年には67.5億ドルに達すると予想されています。
積層造形とは、印刷用のCADデータ（デジタル3Dモデル）をもとに、3次元物体の構造に1層ずつ材料を追加していく製造方法です。一般的には3Dプリントとも呼ばれています。
これは、サブトラクティブ・マニュファクチャリングとも呼ばれる従来の製造プロセスとは異なります。従来の製造方法では、素材を金型に入れて硬化させます。材料が乾いたり冷えたりしたら金型から取り出し、余分な材料を取り除いて最終製品とするため、サブトラクティブと呼ばれています。
従来の製造工程では、次のようなステップがあります。
アディティブ・マニュファクチャリングでは、製造工程が少なく、以下のようなプロセスになります。
CATIAモデルをベースにした航空宇宙分野での3Dプリントは、部品の製造方法を変え、航空宇宙製造業界に革命をもたらしています。
ここでは、アディティブ・マニュファクチャリングが航空宇宙用途で使用されている6つの方法をご紹介します。
ヘリコプターの部品からタービンエンジンに至るまで、航空宇宙部品は非常に複雑な幾何学的構造を、時には非常に狭いスペースに配置する必要があります。
設計者は、小さな複雑な部品を個別に作成して後から組み合わせるのではなく、印刷用CADデータを使って、内部の部品も含めた構造全体の3Dモデルを作成します。そして、3Dプリンターで、複雑な内部寸法や複雑な形状を含むシームレスな部品を、組み立てなしで作成することができるのです。
アディティブ・マニュファクチャリングでは、金属やカーボンファイバーなどのさまざまな素材を用いて、より少ないリードタイムとエネルギーで複雑な部品を作ることができます。
金型を設計したり、製造を外注したりする必要がないため、航空宇宙メーカーのエンジニアは、従来の製造方法に比べてわずかな時間で試作品を設計・プリントすることができます。プロトタイプの作成とテストが迅速に行えるようになったことで、航空宇宙企業は市場投入までの時間を短縮し、競争で優位に立つことができます。
航空宇宙分野では、部品が仕様通りに製造されることが非常に重要です。従来の製造方法では、仕様書を作成するプロセスが確立されています。しかし、アディティブ・マニュファクチャリングでは、仕様を決めるプロセスが設定されていないため、製造された部品が仕様通りに製造されているかどうかが明確ではありません。
現在、航空宇宙分野におけるアディティブ・マニュファクチュアリングの課題としては、以下のようなものがあります。
アディティブ・マニュファクチャリングは、プロトタイプの作成時間を短縮するだけでなく、コストも削減することができます。
従来の製造方法では、多くの航空宇宙用途で材料の廃棄率が98％にもなることがあります。除去（サブトラクト）の結果、たくさんの金属片ができてしまうこともありますし、適切な金型を作るのにも時間がかかります。
アディティブ・マニュファクチャリングでは、材料は除去ではなく付加されるため、材料の無駄を大幅に減らすことができ、製造コストの節約につながります。アディティブ・マニュファクチャリング・プロセスのセットアップには初期費用がかかります。しかし、長期的なコスト削減効果は、こうした初期費用を上回るものです。
小さな部品を組み合わせて大きなものを作ると、そのたびに全体の構造的な整合性が損なわれます。アディティブ・マニュファクチャリングでは、中空の中心部や内装部品など、弱く脆弱な接合部を持たない部品全体を設計エンジニアが作ることができます。
さらに、アディティブ・マニュファクチュアリングでは複合材料をうまく活用できます。これは、従来の製造方法と比較して、アディティブ・マニュファクチュアリングが明らかに優位性を持つ分野です。
アディティブ・マニュファクチャリングでは、力が加わる方向にスライスやレイヤーを重ねることで、最終的にその方向に非常に強い部品を作ることができるのです。
航空宇宙産業において、燃料は最も高いコストの一つです。燃料消費量を削減するための最善の方法は、より軽い部品を作ることです。しかし残念ながら、従来の製造方法では、構造的な完全性を犠牲にすることなく、より軽い部品を作ることはほぼ不可能です。
アディティブ・マニュファクチャリング・プロセスは、ボルトやネジなどの接合部品を必要とせず、構造的な完全性を高めながら、フレームの重量を25％削減することができます。アディティブ・マニュファクチャリングは、燃料消費量を削減するだけでなく、航空機の全体的な強度を向上させます。
航空宇宙産業は、あらゆる産業で最も悪名高いサプライチェーンの1つです。部品を利用できるようにするために、多くの航空会社は大量の部品を倉庫に蓄えていますが、これもコストと物流上の懸念事項です。
アディティブ・マニュファクチュアリング・プロセスは高速で効率的であるため、航空宇宙メーカーは、標準のサプライチェーンを通じて注文する場合よりもわずかな時間とコストで、カスタムパーツを含むコンポーネントを自社生産することができます。これにより、部品を手元に置いたり、大規模な保管施設を維持する必要性が減ります。
カスタマイズされた軽量で構造的に優れた部品を迅速かつ効率的に作成できるため、多くの企業が航空宇宙用途のアディティブ・マニュファクチュアリングに目を向けているのも不思議ではありません。
航空宇宙分野でのアディティブ・マニュファクチュアリングの未来については、CADモデルが中心的な役割を果たします。航空宇宙分野におけるアディティブ・マニュファクチュアリングの事例や研究の見通しを考慮すると、CADモデルが現在使用されており、航空宇宙企業にとって価値があることは明らかです。
より多くの航空宇宙企業が従来の製造プロセスからアディティブ・マニュファクチュアリングプロセスへと移行していく中で、長期的にはCADモデルをプリントする能力がより重要視されていくでしょう。
35年以上にわたってさまざまな業界で3Dモデリングの専門知識を培ってきたスペイシャルは、優れた前処理用CADデータを作成し、精密で幾何学的に正確な3Dプリント航空宇宙CATIAモデルをプリントする前処理ソフトウェアを構築するツールを備えています。
当社の専門家が航空宇宙用CATPartsの印刷をサポートしますので、アディティブ・マニュファクチュアリングのメリットを存分に享受していただけます。今すぐお問い合わせください。お客様の航空宇宙ビジネスの成功をお手伝いさせていただきます。
ACIS, 3DScript and SAT are registered trademarks of Spatial Corp.
No Comments Yet
Let us know what you think