3D プリンティングは、最初に発明されて以来、物の製造方法を変えてきました。これが、複雑で軽量なものを簡単に製造できる世界を想像してみてください。 3D プリンティングは航空機にもたらし、コストとデザインの限界を打ち破ります。この記事では、現在航空機業界を席巻している最新かつ最もエキサイティングな 3D プリンティングの用途について詳しく説明します。新しいエキサイティングな方法で航空業界を変えます。

1. SpaceX スターシップ打ち上げでの 3D プリント

SpaceX の Starship は、月や火星などへのミッション向けに設計された次世代宇宙船で、航空宇宙イノベーションの最先端にあり、その開発には 3D プリンティング技術が重要な役割を果たしています。Starship の Raptor エンジンは金属 3D プリンティングを使用して、直接金属レーザー焼結 (DMLS) として知られるこの積層造形プロセスにより、SpaceX は従来の製造方法では不可能だった複雑な形状を製造できます。

3D プリンティングは Raptor エンジンにとって大きな利点です。つまり、3D プリンティングのアプリケーションにより、以前は複数の部品で構成されていたエンジンのメイン燃料バルブが削減されます。これにより、組み立てが容易になり、信頼性と効率性も向上します。SpaceX によると、3D プリントにより Raptor エンジンは 30% 軽量化され、製造にかかる時間が大幅に短縮されました。伝統的な手法。

SpaceX は、高温高圧に耐えられるオーステナイト系ニッケルクロム系超合金のグループであるインコネルなどの材料を使用しており、インコネルを使用した 3D プリントを使用して、エンジン部品内の冷却チャネルを可能な限り適切に機能させることが、熱を制御する上で重要です。 3D プリンティングが本当に優れているもう 1 つの分野は、サブトラクティブ マニュファクチャリングと比較して、SpaceX が必要な量の材料のみを使用することで廃棄物を削減することです。環境に優しいものであり、航空宇宙産業全体が環境に優しいものであることを望んでいます。

3D プリンティングは、SpaceX の Starship の設計、開発、構築に大きな役割を果たしました。その効率の向上、待ち時間の短縮、エンジン性能の向上により、SpaceX は 3D プリンティング機能の向上と拡張を続けることで、高い目標を達成できる可能性があります。仕組みだけでなく、航空機製品全体の製造方法も変えます。

2. 天宮2号衛星での3Dプリント

中国の宇宙計画は、天宮 2 号衛星の打ち上げにより大きな節目を迎えました。この衛星は、その機能とミッション能力を向上させる独自の方法で 3D プリンティング技術を利用しています。燃料タンクを作るには、推進剤をタンクに入れておくことが非常に重要です。これらの燃料は、衛星が宇宙を移動し、その場に留まるために必要なものです。これらのタンクの製造には、選択的レーザー溶解 (SLM) と呼ばれる粉末床溶融の一種が使用されました。

SLM プロセスにより、ハニカムや格子の設計などの複雑な内部構造を備えた燃料タンクを作成することが可能になり、構造の強度に影響を与えることなく重量を軽減することができ、天宮 2 号の 3D プリントされた燃料タンクは、従来のタンクに比べて 30% 軽量化されました。これは天宮 2 号のような衛星にとって非常に重要です。この重量の減少により、より多くの物品を搭載できるようになるだけでなく、衛星の使用燃料も減り、耐用年数が延びます。

また、3D プリントの使用により、製造プロセスが短縮され、何かを作るのにかかる時間が数か月から数週間に短縮されました。プロトタイプを迅速に作成できることは、ミッションのニーズの変化や衛星の設計レベルの変更に迅速に適応するのに非常に役立ちます。天宮 2 号で製造される 3D によって実現される高品質の部品は、他の製造方法に匹敵するものではありません。高解像度の 3D プリンティング方法では、±0.1 mm という低い精度で部品を作成できます。これは、衛星の位置制御システムに利益をもたらします。燃料タンクやエンジン部品の精度。

天宮2号ミッションで非常にうまく機能したことから、積層造形が宇宙探査に大きな応用の可能性を秘めていることは明らかであり、ミッションのスキルを向上させ、衛星設計の限界を押し広げ、道を切り開くために3Dプリントがどのように使用できるかを示しています。中国が 3D プリンティング技術の研究開発に資金を注ぎ続けているため、この技術は将来の宇宙計画にとってさらに重要になる可能性があります。

3. 複合材料3Dプリント

3D プリンティングにおける材料の混合は、物を作るための新しい方法です。複合材料 3D プリンティングは、このテクノロジーを使用して、カーボンファイバーやガラスなどのさまざまな材料を使用して、複雑で軽量な最終用途の部品を製造できるため、航空宇宙産業に変化をもたらしています。たとえば、ノッティンガム大学は、3D プリント複合部品が金属部品よりも軽量でありながら、最大 60% 軽量化できることを示した研究を行っています。強いほど。

MarketsandMarkets のレポートによると、3D プリント複合材料の世界市場は米ドルから年間 30.5% 増加するとのことです。 2020 年には 3 億 2,400 万ドル、2025 年には 13 億ドルに達します。新しい飛行設計の開発におけるより高速なプロトタイプの必要性と、燃料使用量の少ない航空機に対する需要の高まりが、この成長を推進しています。

3D プリント複合材料の最も優れた点の 1 つは、製造者が特定の用途に最適な機械的品質を得るために、プリント部品内の繊維の配置方法を変更できることです。このレベルのカスタマイズは特に航空宇宙にとって役立ちます。ある部分では強くて硬い必要がある一方で、他の部分では柔軟性を維持する必要がある部品。

複合材料を使用した 3D プリンティングを活用すると、製造時間と価格も削減できます。これまで、複合部品の製造には手作業での積層やオートクレーブ乾燥などの多くの作業が必要で、長い時間と多額の費用がかかりました。一方、3D プリントはより効率的な方法で、複雑なパーツを 1 回の構築プロセスで直接作成できます。

4. 高疲労耐性3Dプリントチタン合金

耐疲労性に優れた 3D プリントされたチタン合金は、耐久性と強度が非常に高いため、航空宇宙産業に変化をもたらしています。ウースター工科大学の専門家は、通常製造されている合金よりも疲労寿命が 120% 長いチタン合金を製造しました。部品は何度も積み降ろされ、疲労亀裂に対する耐性が非常に高い必要があるため、この改善は航空機用途にとって非常に重要です。

3D プリンティング手法である電子ビーム溶解 (EBM) により、応力をより広範囲に分散させる内部格子構造を作成することが可能になり、この技術によりニアネット形状の部品を作成することも可能になります。 SmarTech Publishing による市場調査によると、2028 年までに航空機業界はチタン 3D プリンティングに 56 億ドルを費やすことになります。

3D プリントチタン金属のおかげで、重要な部品の納期も大幅に短縮され、たとえば、通常は製造に数か月かかる複雑な金属部品をわずか数日で製造できるようになりました。航空機業界の保守、修理、オーバーホール (MRO) 作業には最適なスケジュールです。航空機の部品は多くの場合、迅速に交​​換する必要があります。

5. 航空宇宙製造: 液体ロケット エンジンの 3D プリンティング

3D プリンティングは液体ロケット エンジンの製造に使用されており、これは宇宙動力システムの大きな進歩であり、複雑で高性能な部品に特に適しています。そのため、ロケット製造において大きな役割を果たしています。より信頼性が高く効率的です。

この優れた例は、燃料と酸素を非常に正確に混合するロケット エンジンのインジェクターを作成するための 3D プリンティングの使用です。テキサス大学の研究者らは、3D プリンティングによってポンプ部品の数を数百からわずかに削減できることを示しました。これにより、製造プロセスが容易になり、2 つの部品が接合する部分での故障の可能性が低くなり、エンジンの全体的な効率が向上します。また、エンジンにとって非常に重要な冷却ダクトの複雑性を改善するためにも 3D プリントを使用できます。エンジンの温度を安定に保つことで、熱管理が向上し、エンジンの寿命が長くなります。

国際宇宙連盟 (IAF) の記事では、3D プリントされたロケット エンジン部品により、従来の方法と比較して製造時間を最大 70%、コストを最大 50% 削減できると述べており、これらの節約は航空宇宙産業にとって大きな意味を持ちます。ミッションを成功させるにはお金と時間が非常に重要です。

6. ゼロワンスペースOS-X6Bロケットにおける3Dプリントの応用

中国の民間航空宇宙会社である Zero One Space は、OS-X6B ロケットを製造しました。これは、3D プリンティングを使用して宇宙船を迅速に計画し、作成する方法を示しています。OS-X6B は、初飛行後、宇宙船の利用において大きな前進を遂げました。飛行システムの 3D プリント部品。

詳しく説明すると、ロケットには3Dプリントで作られた姿勢制御用の動力システムが組み込まれており、空中ではロケットを直立させたり、動かしたりすることができます。角度制御システムは3Dプリントを利用しているため、作ることができました。複雑な内部設計を備えた部品により、軽量化しながら機能性が向上します。
ロケットにとって、この重量削減は非常に重要です。1 キログラム節約することでペイロードの増加や燃料使用量の削減につながるからです。

Zero One Space は、3D プリンティングによって OS-X6B ロケットの製造に必要な時間と費用が削減されたと述べ、積層造形で作られた部品を使用した OS-X6B の試験飛行の成功は、それが宇宙で使用しても安全であることを示していると述べました。 3D プリンティングがジェット機の高速化、柔軟性、低コスト化によってどのように変化するかを示しています。これは、3D プリンティングが計画やテストにさらに使用されることを意味します。 、次世代の宇宙船を建造します。

7. Qiansheng-1 01衛星での3Dプリント

Qiansheng-1 01衛星は、100万点以上の格子要素を備えた複雑な構造を持ち、各要素の最小サイズは0.5mmであるため、衛星技術の大きな進歩です。これは、3D プリントされた格子材料を使用して作られた世界初の構造物です。

Qiansheng-1 01 衛星が軌道に投入され、それ以来安全に保たれているという事実は、3D プリンティング技術が航空宇宙分野でどれほど進歩したかを示しており、この技術には開発レベル 9 が与えられていることを意味します。実際のシステムでしかテストされていませんが、この進歩は、宇宙ミッションに必要な複雑で軽量で強力な構造を安全かつ迅速に構築する方法を提供するため、宇宙船設計の将来にとって非常に重要です。

衛星の作成者が提供した情報によると、3D プリントされたグリッド構造を使用することで、従来の構築方法を使用した場合よりも衛星が 20% 軽量化されており、この質量の減少は打ち上げの速度と費用対効果にとって非常に重要です。衛星の構造的完全性も 15% 向上しました。これは、衛星が宇宙旅行の過酷な条件に対処できるようにするために重要です。

8. ロケットエンジンのガス発生器と燃焼室コンポーネントの 3D プリント

新しい 3D プリンティング技術は、ロケット エンジン部品、特にガス発生器や燃焼タンクの製造を変えました。この分野のリーダーである BLT (Bright Laser Technologies) は、ダイレクト メタルを使用することで、これらの重要なアイテムをより迅速かつより適切に製造することができました。レーザー焼結 (DMLS) は、強力なレーザーを使用して金属粉末を固体構造に融合する方法であり、これらの部品は以前よりもはるかに複雑かつ正確です。

同社は、最近のプロジェクトで 3D プリント部品を使用することにより、ロケットのガスエンジン機械の重量が 20% 削減されたと述べ、3D プリントが提供する設計の自由度により、内部形状の最適化が可能になったと述べています。高温と高圧に対処するために必要なエンジンの内部冷却チャネルも、熱効率を高め、エンジンの寿命を延ばすために 3D プリントを利用して再構築されました。

3D プリンティングの運用により、この種の部品の製造にかかる時間も従来の方法では数か月かかる場合がありましたが、3D プリンティングではその時間をわずか数週間に短縮できます。これは、航空宇宙産業の迅速な開発プロセスにとって非常に重要です。さらに、材料廃棄物の削減と製造プロセスの合理化に伴うコスト削減は大幅であり、特定のコンポーネントの製造コストが最大 50% 削減されるとの試算もあります。

9. eVTOLエンジンでの3Dプリント

電動垂直離着陸機 (eVTOL) は、人々が飛行機で都市を移動する方法を変えようとしています。3D プリンティングは、これを実現するための重要な部分です。現在、エンジニアは積層造形の助けを借りて、eVTOL エンジンを製造しています。これらのエンジンが正常に動作するには、高性能の素材と慎重な組み立てが必要です。これにより、飛行は速く、静かになり、環境にも優しいものになります。

このイノベーションの最前線にある Joby Aviation のような企業は、3D プリンティングを使用して eVTOL エンジン全体を製造しており、その詳細レベルと複雑さのレベルは標準的な製造方法では匹敵しません。エンジン部品を 3D プリンティングすることで、エンジニアはエンジンの空気力学を改善できます。これは、自動車が使用するガスの量が減り、汚染物質の排出が少なくなるということを意味します。

さらに、3D プリントされた eVTOL エンジン部品は、従来の製造品よりも 30% 軽量化できると言われています。これは航続距離と貨物スペースにとって大きな利点であり、3D プリントによりサンプルの作成や変更が迅速に行えるようになり、開発のスピードも向上します。この自由度は、eVTOL 車を製造したい新旧の航空機会社の両方にとって重要です。

MarketsandMarkets のレポートによると、2020 年から 2025 年にかけて、航空宇宙および防衛分野の産業用 3D プリンティング市場は年間 22.4% の割合で成長するとされており、これはこの分野でのテクノロジーがいかに重要になっているかを証明しています。

結論として、飛行機での 3D プリント技術の使用には大きな成長の余地があります。飛行機で使用されるプリンターの品質、速度、材料などは常に向上しています。

ビジネスの世界のすべての人が信頼し、安全であることを確認するには、標準とライセンスが必要です。環境に配慮し、長期的な成長をサポートすることがますます重要になっています。3D プリンティングは、無駄を排除し、状況を改善するのに役立ちます。それは飛行機の計画と製造方法を変えるでしょう。

よくある質問

1. 3D プリントプロセスのリードタイムはどれくらいですか?

リードタイムとは、製造のための設計を提出してから最終製品部品を受け取るまでにかかる時間のことであり、3D プリントを使用すると、従来の方法と比較してリードタイムを大幅に短縮できます。

2. ラピッド プロトタイピングとは何ですか? それは積層造形のアプリケーションにどのようなメリットをもたらしますか?

ラピッド プロトタイピングは、部品や製品の物理モデルやプロトタイプを迅速に作成するために使用される技術であり、3D プリンティング プロセスの重要なプロセスであり、設計の反復とテストを迅速化して、積層造形のアプリケーションを強化します。

3. 積層造形において 3D スキャンはどのように使用されますか?

3D スキャンでは、物体の物理的形状をキャプチャしてデジタル モデルを作成し、このデジタル モデルを 3D プリントのカスタム押出ノズルや既存部品のリバース エンジニアリングに利用できます。

4. 航空宇宙用途における 3D プリントの利点は何ですか?

航空宇宙用途における 3D プリントの利点には、複雑な形状の作成、軽量化、より速い生産サイクルの実現が含まれます。また、部品のカスタマイズ性とオンデマンド生産も可能になります。

5. 選択的レーザー焼結とは何ですか?また、この 3D プリンティング プロセスの利点は何ですか?

選択的レーザー焼結は、レーザーを使用して金属やプラスチックなどの粉末材料を層ごとに焼結して部品を作成する 3D プリンティング技術です。

参考文献