3D プリント航空機はすぐに現実になるでしょうか?

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航空業界はコストの上昇と長期的な環境持続可能性の問題に苦しみ続けているため、両方の問題を解決できる選択肢があるかもしれません。 航空機部品の 3D プリントはすでに現実となっており、排出量の削減に役立つだけでなく、従来の製造に代わる安価な代替手段も提供します。 実際、ボーイング社は、3D プリント部品を使用すると、1 機あたり 300 万ドルを節約できると述べています。

現時点では、3D プリンティングは一般に、プロトタイプの作成とそれほど重要ではない部品の製造に限定されていますが、急速に進歩するテクノロジーにより、状況が変わる可能性があります。 いつの日か、主要なエンジン部品など、飛行機の最も重要な部品の一部がこの方法で作られるのを見ることになるかもしれません。

しかし、3D プリントは安全性が重要なハードウェアやシステムにどのような影響を与える可能性があるのでしょうか? そして、組立ラインで 3D プリンティングを使用するという考え方は、航空業界全体にどのような変化をもたらすのでしょうか?

飛行機で 3D プリント部品を使用する利点はコスト削減だけではありません。 また、プロトタイピング機能も向上し、より迅速かつ正確な製造が可能になり、二酸化炭素排出量も削減されます。

プロトタイピングから始めましょう。 3D プリント部品を使用してプロトタイプを作成すると、新しいプロトタイプやモデルを数日または数週間かけて作成するのではなく、数分でプリントできるため、数千時間の作業時間が節約されます。 また、3D プリントでは、より手頃な材料で低コストのプロトタイプを迅速に作成して表示できるため、従来の製造と比較して変更を加えることも簡単です。 言い換えれば、航空機部品がどのように見えるかを確認し、最終製品よりも軽量で低コストの材料で空気力学テストと解析に使用し、フルコストの金属部品に投資する前に調整を行うことができます。

3D プリンティングにより、特に製造プロセスを支援する治具の分野で、製造がより迅速かつ正確になりました。 ある部品から別の部品への変更や誤差の許容範囲を減らすために、従来の製造方法で作成された部品は、機械加工中に金属ピンなどの固定具によって所定の位置に保持される必要があります。 しかし、何千もの備品を製造するのにかかる時間、または備品の購入コストは、伝統的なメーカーにとって常に課題となっています。 対照的に、3D プリンティングを使用すると、メーカーは従来の製造に必要なコストと労力のわずか 40% で数千の器具を作成できます。

最後に、プロトタイピングと製造にかかる時間と労力をすべて節約することは、より多くの部品をより少ないエネルギーと無駄で製造できることを意味します。 製造と生産は世界の総炭素排出量の 5 分の 1 以上を引き起こしているため、より持続可能な製造を優先するのは当然のことです。 3D プリンティングにより、材料の消費量を最大 90% 削減できる可能性があります。 これにより、二酸化炭素排出量が大幅に削減されます。

それでも、3D プリントにはプロセスの仕組みにより、安全性に関する懸念がいくつかあります。 3D プリンティングでは、重くて丈夫な素材のブロックからパーツを切り出すのではなく、軽量の素材を重ねてパーツを形成します。 積層プロセスでは、多くの場合、最終製品が弱くなったり、多孔質になったり、壊れやすくなったりします。 ハードウェア認証要件の厳格な性質により、FAA は当初、従来の製造方法で作られた部品よりも破損したり損傷を受けたりする可能性が高い 3D プリント部品の認証に時間がかかりました。 現在、新技術によりチタン 3D プリンティングがついに可能になり、材料と最終製品はこれまでよりも強力になり、今後は認証がさらに迅速に進む可能性があります。

結局のところ、3D プリントされた航空機とその部品を取り巻く安全プロトコルと規制は十分に包括的であり、最終的に航空機に搭載される 3D プリント材料が安全性に悪影響を及ぼさないことを保証します。 航空ハードウェアの DO-254 および関連規格では、すでに高度なレベルのテストと品質保証が必要です。これは、3D プリントが安全性が重要ではない部品にのみ適用されること、または人々の安全を確保するために十分なチェックとテストが含まれることを保証するのに役立ちます。航空機は安全です。

3D プリントは、航空電子工学の変化のほんの一部にすぎません。 しかし、3D プリンティングに関する考え方は、航空旅行の全く新しいシステムを実現するのに役立つだけでなく、航空機メーカーのコンプライアンスと認証に対する考え方も変える可能性があります。

より優れた 3D プリンティングは、航空機製造における現在のサプライチェーンの課題の一部を克服するのに役立つ可能性があります。 そのため、Urban Air Mobility (UAM) の強化に役立つ可能性があります。 UAM は、いつか私たち全員が従来の車の代わりに、またはそれに加えてエア タクシーを使用するかもしれないというコンセプトです。 しかし、UAMが機能するには、さらに多くの小型航空機が必要です。 3D プリンティングはそのプロセスを容易にする可能性があります。

たとえば、垂直離着陸機 (VTOL) は、大きな滑走路を必要とせず、低高度でも容易に飛行できるため、UAM にとって重要な技術です。 開発者は現在、これらの航空機用の 3D プリント部品の開発に取り組んでいます。 実際、つい今月、Horizo​​n Aircraft の新しい VTOL 航空機プロトタイプが、約 800 個の 3D プリント部品を搭載して空に飛び立ちました。

さらに、将来的には 3D プリンティングによって航空機の製造におけるビルディング ブロックのアプローチが促進される可能性があるのと同様に、業界ではソフトウェアとハ​​ードウェアのコンプライアンスとアビオニクスの認証ビルディング ブロックの両方に関して、一種の「組立ライン」の考え方が採用されることも見られます。 。

たとえば、テンプレートは、メーカーや航空機開発者が効率的かつ再現可能な方法で新しい設計を認証できるため、コンプライアンスと認証の重要な構成要素です。 そのため、3D プリントがプロトタイピングと部品の製造にビルディング ブロック ベースのアプローチを提供するのと同じように、企業が新しい航空機を設計、製造、開発し、DO などの基準に基づいてコンプライアンスを確保する方法のビルディング ブロックとして機能するさまざまな種類のテンプレートがあります。ソフトウェアは178C、ハードウェアはDO-254など。

3D プリンティングが航空やその他の分野における最新のテクノロジーとプロセスの開発にどのように貢献し続けるかを見るのは非常に楽しみです。 おそらくいつかは 100% 3D プリントされた航空機に乗って飛ぶことになるでしょうし、おそらくいつかはエア タクシーが今日の Uber と同じくらい身近なものになるでしょう。

著者について

Vance Hilderman は、TekSci、HighRely、AFuzion を含む世界で最も重要な航空開発/認証会社 3 社の主任創設者兼 CTO です。 ヒルダーマンは、700 以上の航空会社、30 以上の国で 31,000 人以上のエンジニアを訓練してきました。 彼の知的財産は、世界中の航空開発者およびシステム開発者トップ 300 社の 70% によって使用されており、過去 35 年間、世界の一流の航空エンジニア 500 人以上を雇用し、個人的に 300 以上のプロジェクトを指揮してきました。 AFuzion のソリューションは、過去 30 年間に開発された航空機の 90% に搭載されています。 彼の最新の著書『航空開発エコシステム』は、航空部門のベストセラー リストで初登場 1 位になりました。

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