3Dプリンターは、航空機器の試作にも活用されています。複雑な形状や軽量化を実現できます。ここでは、航空機器の試作に3Dプリンターが活用される理由や試作事例を紹介します。
航空機器の試作において3Dプリンターが注目される理由は、その効率性と柔軟性にあります。3Dプリンターを使用することで、複雑な形状の部品を短時間で製造でき、従来の工法と比べて大幅に開発期間を短縮することが可能です。また、小ロット生産や一点ものの部品製造に適していて、金型などのイニシャルコストが不要なので、コスト削減にも貢献します。
3Dプリンターは設計の最適化にも役立ちます。コンピュータ解析を基にした設計を採用し、トポロジー最適化やジェネレーティブデザインなどの技術を用いて、従来の工法では困難だった最適化された形状で作成できます。部品の軽量化や強度向上が可能となり、燃費改善や性能向上につながります。
加えて、3Dプリンターは材料の無駄を最小限に抑えられるので、高価な航空機用素材の使用量を削減できます。航空機器の試作における3Dプリンターの活用は、効率的な開発プロセスと革新的な設計の実現に大きく貢献しています。
航空機器分野では、3Dプリンターが部品の製造などに活かされています。短期間で製造できるのはもちろん、部品数の削減、軽量化や開発期間短縮など様々な用途で使用されています。
従来の金属を削ったり溶接したりする加工では複数パーツをボルトやねじで留める必要がありましたが、3Dプリンターを使うことで1つの一体成型部品として出力することができるようになりました。重量を大幅に軽減して軽量化が実現でき、切削ロスや金型を使わないことによりコストが削減できます。また、部品を一体成型できると部品点数が減り、組立の手間が減ります。故障リスクも軽減できることも、コスト削減効果につながります。
航空機に搭載するパーツは、過酷な熱と圧力がかかることから高度な造形技術、材料が求められます。チタンやニッケル、タングステンなどの高融点金属は加工が難しのですが、3Dプリンターを使うことで1つの造形物として積層造形することが可能です。
また、内部構造が複雑な燃料ノズルや燃焼器、噴射口などを継ぎ目のない一体構造にすることにより、強度や耐久性、軽量化を実現することもできます。複雑な曲面や網目構造でも、3Dプリンターなら用意に成型可能です。
従来であれば部品を製作するために金型の製作が必要でしたが、3Dプリンターを使えば部品の設計データから直接造形することができるためデザイン変更や試作までの時間を大きく短縮することができます。新しい機体やドローンを開発する際に、風洞実験のために実物大でモデルを製作してパーツのフィット感を確かめたりシミュレーションを行ったりすることが可能です。
また、航空機の組み立てや部品加工に使う専用の治具や補助具も3Dプリンターで製作できます。現場のニーズに素早く対応でき、すぐに使用可能です。
Boeing社は787ドリームライナーにおいて、ノルウェーのノシュク・チタニウムが製造した3Dプリンターを用いたチタン製部品を採用しました。この部品は、飛行中の圧力に耐えるよう設計されていて、金属3Dプリンターを使用した航空機部品としては初めてFAAの認証を取得しています。1機あたり 200万から300万ドルのコスト削減が見込まれ、チタン合金の高コストを大幅に軽減できました。
A&M Tool and Designは航空宇宙用部品の試作に3Dプリンターを活用しています。特にフィット感と機能性を迅速に検証するために、Formlabsの3Dプリンターを導入しました。部品の作製時間が大幅に短縮され、夜間にプリントした部品を翌日には使用できる状態にできます。従来のCNC加工では時間とコストがかかる部品も、3Dプリンターによって効率的に製造されることで、開発プロセスが大幅に改善されています。
2017年にエティハド航空は、プラスチック製のモニターフレームを3Dプリントし、航空業界で初めての認定を受けました。この取り組みにより、部品の軽量化とともにカスタマイズできるようになり、修理や交換の効率も向上しました。さらに、Diehl AviationはエアバスA350 XWB用に3D印刷されたカーテンヘッダーを開発し、製造コストを大幅に削減しています。
無人ヘリコプターの開発、製造の代表的な企業であるヤマハ発動機。オンデマンド生産サービスを活用して回転翼の1部の部品を3次元造形システムで製造しました。CADデータを 送付して1週間でモデルが届き、期待実機への組付けなど検証が行えるなどコストを大きく削減することに成功しました。ヘリコプターは多数の部品を実際に組み付けて検証することが欠かせませんが、3Dプリンターで部品を製造することでスピーディーに進めることができます。今後はテールローターに3Dプリンターを使うことを検討しています。
小型エンジンの高出力化に欠かせないターボチャージャーの心臓部にあたるタービンインペラを3Dプリンタで製作しました。デザイン通りの形状に成型できるため材料の無駄を少なくし、理想的な製品性能追求開発期間短縮も実現できます。また、仕上げ加工の負担を削減してコストの削減にもなりました。
英国の3DプリンターメーカーPhotocentricは宇宙空間でも部品製造ができる自律型3Dプリント製造プラットフォーム「CosmicMaker」を開発し、炭化ケイ素やアルミナ、チタンなど多彩な材料を使用した機能部品製造が行うことを目指しています。試作品製作だけでなく、実際に使用できる機能部品の製造が期待でき、ISSでの実証試験も計画しています。
【目的別】商品開発・
製造を加速する
おすすめ産業用（業務用）
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外注待ちの長さ、ブレによるスピードの上げづらさ、大型・耐熱部品の作りにくさは、現場の生産性を下げます。 産業用（業務用）3Dプリンターを選ぶ際には、各課題解決に適した機能特徴を持つ製品を選ぶようにするとよいでしょう。ここでは、主な製造現場の課題別に、おすすめの製品を紹介します。
