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宇宙・航空機業界
用途別3Dプリンター3選を
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この記事でわかること
- 航空機製造における3Dプリンター活用のメリット(部品一体化・工数削減・柔軟な製造)
- ジェットエンジンや小型人工衛星開発における具体策・導入事例
- 課題克服に向けた品質管理や技術開発、宇宙・航空機業界における今後の展望
注目の技術として開発が進み続けている3Dプリンターは、常に新しいテクノロジーが求められている宇宙・航空機業界においても活用されつつあります。部品の試作などに用いられるだけでなく、従来の部品の試作・開発分野においても活用され始めており、今後も幅広い活躍が期待できるでしょう。実際、既に宇宙・航空機業界における多くの場面で3Dプリンターは用いられ始めています。ここでは、宇宙・航空機業での3Dプリンター活用事例や3Dプリンターの技術革新に関するニュースを紹介していきましょう。
航空業界における3Dプリンターとは
より柔軟な航空機製造が期待できる
航空機を製造する際には、膨大なパーツが重要となっており、1機に300万点もの部品が存在します。航空機である以上、その部品一つひとつには非常に厳しい品質基準や工程の管理などが求められるのは間違いありません。そのため、高いコストや長期の時間が生じるのは避けられないでしょう。しかし、3Dプリンターによってこうしたアイテムを設計すると、部品によっては一体化した状態で製作できるパターンも存在し、部品の数そのものを減らせる可能性があります。部品数が少なくなればメンテナンスの手間削減にもつながるため、管理工数削減が期待できるでしょう。
また、航空機製造において3Dプリンターを活用すれば、より柔軟な製造方法が選択できるようになります。型成形で製造する場合には、型がある場所でしか製造できないのが課題ですが、3Dプリンターを用いることで「運搬」という選択肢も選べるようになるでしょう。加えて、3Dプリンターによる部品製造であれば、設計の仕様変更などについて短縮が期待できます。また、納品後の改良やデザイン変更についても従来の型成形より柔軟かつ素早い対応が期待できるなど、大きな可能性を秘めているのです。
導入事例
3Dプリンターによるエンジン試作
プライベートジェット「セスナ・ディナリ」などに搭載されるターボプロップエンジン「GE Catalyst」は、構成部品の1/3以上を3Dプリンターで製作しているのが特徴です。3Dプリンターの強みとして、型を必要とせず、3Dデータをそのまま出力するのみで製作まで進められる点が挙げられます。こうした理由により、設計・試作・製造で生じる期間の大幅な短縮が可能です。航空機の部品製造で必要となる試作・試験の繰り返し期間を短縮化することで、従来であれば6年はかかるとされるエンジンの開発を、2年で達成できました。
宇宙の人工衛星にも3Dプリンターが活躍
3Dプリンターは航空機だけでなく、宇宙事業でも活用されています。その一例となるのが、日本の人工衛星「ほどよし」です。高さ700mm~800mm、幅・奥行きは約500mm、重量約50~70kgの小型衛星である「ほどよし」は、地上撮影、再起動実験などの任務を担っています。この「ほどよし」の試作には3Dプリンター「Dimension SST 1200es」が使用されており、プロジェクトスタートから機体完成までを2~3年程度で成し遂げました。
宇宙・航空機業における3Dプリンターの今後の展望
宇宙・航空機業における3Dプリンターの活用は、現在のところ課題が山積みとなっています。しかし、3Dプリンターの懸念点を解決できるような周辺技術・品質管理方法の開発がされることで、徐々に活用の実現が進められているのは間違いありません。今後は課題解決のために人材や予算が増えることも予測されており、益々3Dプリンターが宇宙・航空機業に進出していくでしょう。
よくある質問
Q1
航空機部品で3Dプリントを使うとき、どのような利点がありますか?
A
部品の一体化や軽量化、少量部品の供給などに利点があります。複数部品を一体化できれば接合点や部品番号を減らせますが、故障時に一部だけ交換しにくくなることもあります。保守方法まで含めて利点を見ます。ただし、航空機に使う部品は性能と製造工程の確認が重要です。
事例の費用削減率を自社へそのまま当てはめず、対象部品の形状、製造数、必要な検査をそろえて従来工法と比較します。
Q2
航空機エンジンの開発で、試作期間を短くするには何を3Dプリントしますか?
A
形状確認用の模型、試験用部品、製造時の治具など、目的に応じて使い分けます。冷却流路の形状確認と、燃焼や高温下の性能試験では必要な材料が違います。初期段階で樹脂模型を使い、後段階で適切な金属と試験条件へ移すこともあります。複雑な内部流路を持つ金属部品も候補ですが、実機に使うには材料と工程の厳しい評価が必要です。
試作で確認する項目を明確にし、設計変更から次の試験までの時間で効果を測ります。
Q3
人工衛星やドローンに3Dプリントを使う際、軽さだけで選べますか?
A
軽さに加え、振動、温度変化、材料の安定性、締結部の強度を確認します。ドローンの小部品では着陸時の衝撃、衛星部品では熱サイクルや打ち上げ時の振動など、優先する試験が変わります。『宇宙用』という一括りでは選べません。衛星とドローンでも使用環境と要求事項は大きく異なります。
対象部品の荷重と環境を整理し、造形方向や後処理を固定した試作品で必要な試験を行って判断します。
Q4
航空宇宙分野で3Dプリント部品を採用する際、何が最も時間を要しますか?
A
造形できることの確認に加え、材料、工程、部品の品質を再現して証明する作業が必要です。後から造形方向や熱処理を変えると、先に得た試験結果をそのまま使えない場合があります。試作時から材料ロットと工程条件を記録すると評価のやり直しを減らせます。重要部品では造形条件を少し変えるだけでも再評価が必要になる場合があります。
採用前に必要な規格と検査記録を整理し、試作段階から工程を記録しておくと後の評価へつなげやすくなります。