前書き

複雑なコンポーネントが 3D プリンターの「印刷」コマンドと同じくらい簡単に作成できる未来の航空宇宙製造プロセスを想像してみてください。この先進的なテクノロジーは、デジタル アイデアを変換することで航空宇宙分野の状況を一変させます。物理コンポーネントの詳細を把握できるため、開発時間とコストが削減されます。

このテクノロジーを使用すると、航空機会社は設計を迅速に変更し、より多くの可能性を実現し、市場の変化に適応することができ、物事をよりスムーズに進め、現場の進歩を加速させることができます。

さまざまなタイプの高速プロトタイピング技術、その利点、航空宇宙での使用方法、および将来発生する可能性のある問題について説明します。これは、この技術が成長にどのような影響を与えたかを理解するのに役立ちます。フィールドの。

航空宇宙産業におけるラピッドプロトタイピングの種類と利点

ラピッドプロトタイピング技術の種類

ラピッド プロトタイピング (RP) は、3D デジタル モデルからパーツを一度に 1 層ずつ構築することで、製造プロセスを高速化する一連のテクノロジーです。

紫外線レーザーを使用して液体樹脂を固体の物体に硬化させるステレオリソグラフィー (SLA) は、最も一般的な方法の 1 つです。もう 1 つの一般的な方法は、熱可塑性樹脂をノズルから押し出して 1 層ずつ蒸着する溶融堆積モデリング (FDM) です。選択的レーザー焼結 (SLS) では、レーザーを使用して粉末材料を接合し、電子ビーム溶解 (EBM) と同様に、電子ビームで金属粉末を溶解します。

これらの技術は、さまざまな材料や用途のニーズを満たすことができ、航空機部品の複雑な機械の設計者や製造者にさらなる選択肢をもたらします。

ラピッドプロトタイピング技術の利点

ラピッド プロトタイピングには、特に航空宇宙ビジネスに役立つ多くのメリットがあります。まず、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアの助けを借りて、RP はアイデアから物理的なプロトタイプまでの時間を短縮し、作成プロセスをスピードアップします。新製品の市場投入までの時間が競争上の利点となる分野では、このスピードアップは非常に重要です。

RP では、通常のツールでは作成できない複雑な形状を作成でき、必要なときにのみ高品質の製品を作成できるため、廃棄物や保管コストが削減されます。より多くの費用をかけずに、フィードバックを追加したり、より良いアイデアを作成したりすることが簡単になります。

最後に重要なことですが、より優れた材料を使用し、より優れた機能を実現することで、より強力で軽量な、より少ない燃料を使用できる船を作ることができます。これは、性能と持続可能性を重視する航空機にとって非常に良いことです。

航空宇宙製品におけるラピッドプロトタイピングの 6 つの具体的な応用例

1.チタン合金航空宇宙製品のラピッドプロトタイピング

北京航大学の研究者らは、ラピッドプロトタイピングの一種であるチタン合金精密熱間成形技術を開発することにより、航空宇宙工学の分野で大きな前進を遂げた。この新しい方法では、チタン金属から複雑な航空宇宙部品を慎重に製造するための高度なレーザー材料加工が使用されている。飛行機を作るのに必要なもの。

同大学の研究は主に、現在の航空機の安全性と性能にとって最も重要な、これらの部品の寿命を延ばし、より複雑にすることに取り組んでおり、一例として、彼らはこの技術を使用して、翼の形状を維持するだけでなく、複雑な翼の接合部を作ることに成功した。飛行機の構造は丈夫でありながら軽量です。

この大きな前進は、企業がより信頼性と効率性の高い航空機を製造できるようにすることで航空宇宙産業を変える可能性があり、それが最終的には航空技術の進歩に役立つことになるでしょう。

2. 航空エンジン部品の 3D プリントにおける航空宇宙プロトタイピング

3D プリンティングの一種であるラピッド プロトタイピングは、航空機エンジンの製造方法を変えつつあり、現在、この技術は、ゼネラル エレクトリック社のロケット エンジンであっても、燃焼タンクやガス発生器など、これらのエンジンの複雑な部品の製造に使用されています。航空業界の大手企業である同社は、3D プリンティングを使用して LEAP エンジン用の燃料ノズルを製造しています。

これらのノズルは、微細な金属粉末からレーザーで作られており、耐久性と効果が高いだけでなく、通常のノズルよりも軽量であるため、燃料の使用と汚染を大幅に削減できます。

この製造方法により、従来の製造方法よりも複雑なパターンを作成することも可能になりました。このため、3D プリンティングは将来の航空機において非常に重要となり、エンジンの信頼性が向上し、より優れたものになるでしょう。

3. 超音速航空宇宙コンポーネント向けの高精度 FDM 3D プリントによるラピッド プロトタイピング

FDM 3D プリンティングは、特に音より速く飛行できる飛行機の構築に関して、航空宇宙ビジネスに波紋を広げています。Boom Supersonic は、この XB-1 を披露しました。 -1 は、間もなく製造される超音速旅客機のプロトタイプです。

この飛行機が注目に値するのは、FDM 3D プリンティングを使用しており、宇宙グレードの材料の長いフィラメントを加熱して蒸着し、超音速用の高い強度対重量比を備えたエンジン部品やその他の複雑な航空宇宙部品を正確に製造できることです。飛行。

ブーム スーパーソニックは積層造形を使用して、独特の形状の製品を製造できるため、航空機の性能が向上し、コストと製造時間が短縮される可能性があります。この重要な開発は、3 次元印刷が飛行ルールを変更し、音速の超過をより容易かつ便利にしていることを示しています。

4. NASA におけるレーザー溶解技術によるラピッドプロトタイピング

NASA のマーシャル宇宙飛行センターは、宇宙技術の最先端を行っており、レーザー溶解を使用して宇宙エンジン用の複雑な金属モデルを作成しています。この最先端の製造プロセスは、強力なレーザーを使用して溶解し接合しています。金属粉末を一度に 1 層ずつ形成するため、非常に正確で複雑な部品を作成することができます。

NASA は、ロケット エンジンの一部であるインジェクターの 3D プリントに成功しました。この部品は、標準的な方法では製造が難しい非常に複雑な冷却チャネルを備えているため、ロケット エンジン内の高温と高圧を制御するために非常に重要です。 。

NASA は、レーザー溶融技術を使用して、新しい設計のプロトタイプを迅速に製造し、テストできるようになりました。これにより、ロケットの製造に必要な時間が短縮され、エンジニアはエンジンを製造するための新しい方法を得ることができます。将来の宇宙探査と技術進歩の可能性。

5. ヘリコプターの 3D プリント航空宇宙コンポーネントのラピッド プロトタイピング

英国に本拠を置くレニショーは、有名な航空会社 Hyde Aero Products と提携して、ヘリコプター部品の製造に 3D プリンティングがどのように使用できるかを研究しました。これが Hyde Aero Products です。はこの関係で初めて積層造形に挑戦しており、その課題は 2 種類の飛行機のドア ハンドルを作成することです。

レニショーとハイド・エアロ・プロダクツは、3D プリントを使用してこれらのヘリコプター部品をより使いやすく、より長持ちさせたいと考えています。3D プリントは複雑な幾何学的形状を簡単に作成できることで知られており、3D プリントによるドアハンドルの作成が容易になると考えられています。チームやパイロットのニーズに合わせて作成できます。

このプロジェクトは、航空業界における 3D プリンティングの利用における大きな前進であり、将来的にはよりパーソナライズされた有用な航空機部品の開発につながる可能性があり、飛行中の 3D プリンティングの使用がさらに増える可能性があります。たとえば、生産コストを削減し、新しい飛行機の設計をより早く考案できるようになります。

6. UAV 機体構造製造のラピッドプロトタイピング

ラピッドプロトタイピングは、無人航空機 (UAV) のスキルを向上させるための重要な部分であり、ドローンは監視、荷物の配送、科学研究などにますます使用されています。そのため、より良いものを求めるニーズが数多くあります。より多くの重量を運ぶことができるデザイン。

ラピッド プロトタイピング サービスにより、企業は複雑な機体構造を迅速に開発およびテストできるようになり、航空画像処理のスタートアップ企業は、すぐに 3D プリントを使用して、より優れたエアフロー設計と追加のカメラを備えた新しいドローンの機体プロトタイプを作成しました。

この技術により、設計が迅速化され、実世界の飛行データを使用してテストを繰り返して設計を強化できるようになり、同時に、より優れた、より有用なドローンを迅速に開発できるようになりました。ラピッド プロトタイピングの概念は、幅広い業界の進歩を促進します。

航空宇宙におけるラピッドプロトタイピングの将来の展望と課題

新しい材料と 3D での構築方法が改善され、ラピッド プロトタイピングが改善されているため、航空用途での使用は興味深いものになる可能性があります。

ただし、より高い精度、より短い製造時間、および現在の製造と連携する能力には依然として問題があります。これらの問題を解決するには、さらに研究開発を行い、ビジネス界、学者、規制当局が協力する必要があります。

将来的には、ラピッド プロトタイピングはより多くのプロジェクトを処理でき、より長く持続し、航空宇宙ビジネスの特定のニーズをより適切に満たすことができるようになります。企業は、ラピッド プロトタイピング テクノロジの使用方法を知っている人材を教育やトレーニングに投入する必要があります。

結論

要約すると、高速プロトタイピング技術は、航空機において複雑で高性能な部品を製造するために非常に重要であり、技術の向上に伴い、将来の研究や用途に大きな影響を及ぼし、設計、製造、製品開発に役立ちます。旅行はビジネスのニーズに合わせてより柔軟になるでしょう。

よくある質問

1. 製品開発において最適化が重要なのはなぜですか?

最適化には、製造や設計などのさまざまなプロセスの効率と有効性を最大化することが含まれます。運用を最適化することで、企業はコストを削減し、品質を向上させ、全体的なパフォーマンスを向上させることができます。

2. 時間のかかる製造プロセスに関連する一般的な課題にはどのようなものがありますか?

時間のかかる製造プロセスは、生産スケジュールの延長、製品納品の遅延、運用コストの増加につながる可能性があり、業務を合理化するには非効率を特定して対処することが不可欠です。

3. サプライヤーは製造サプライチェーンにおいてどのような役割を果たしますか?

サプライヤーは製造会社に原材料、コンポーネント、またはサービスを提供し、品質基準を維持し、生産期限を守るためには、適切なサプライヤーを選択することが重要な役割を果たします。

4. 設計ソフトウェアは、製品開発における設計上の欠陥を特定して修正するのにどのように役立ちますか?

CAD (コンピューター支援設計) などの設計ソフトウェアを使用すると、設計者は生産前に製品を視覚化してシミュレーションできるため、開発プロセスの早い段階で設計の欠陥を特定して修正でき、コストのかかるエラーを最小限に抑えることができます。

5. 製造における材料の選択では、どのような要素を考慮して材料を選択する必要がありますか?

材料の選択は、製品の設計と製造における重要な決定であり、機械的特性、コスト、入手可能性、環境への影響などの要素を考慮する必要があります。

参考文献

1. Progress of titanium alloy laser direct molding and other technologies in aerospace applications – 3D Printing News. (n.d.). https://www.mohou.com/articles/article-6421.html

2. Brief analysis of rapid prototyping technology applications in the field of aerospace – Baidu Wenku. (n.d.). https://wenku.baidu.com/view/f39c35c1aa00b52acfc7ca5f.html?_wkts_=1717740183109

3. Four Application Cases of Platts 3D Printing Technology in Aerospace – Application Demonstration – Additive Manufacturing Professional Committee of China Association of Productivity Promotion Centers. (n.d.). https://www.cnzczz.com/mobile/index.php?m=mobile&c=index&a=show&catid=30&id=123

4. Airplanes and rockets, everything can be 3D printed? _The Paper. (n.d.). https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_7523212

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