今年の TCT Asia 3D Printing Exhibition と Zhuhai Air Show では、「大量生産」が金属 3D プリント技術を表す最新の語彙になっています。 「航空宇宙部品の大量生産により多くの可能性を提供する」および「大量生産のために」私たちは不思議に思うだけでなく、金属 3D プリンティングはこれほど速く、信頼できるものに発展しているのでしょうか?
ブランド所有者がそのような宣伝を行う理由は、このレトリックを裏付ける信頼できる事例があるからです。 最も典型的な例は、GE Aviation が 100 以上のノズル ヘッドの製造を達成し、それらを最先端のエンジンに適用したことです。000
ボーイング777XのGE9X
エアバス A320 NEO の LEAP-1A
ボーイング737MAX搭載のLEAP-1B
中国語の C919 の LEAP-1C
溶接で作られた 20 個の部品を正確に組み合わせて、前世代と比較して製品の重量を 25% 削減し、耐久性を 5 倍向上させ、費用対効果を 30% 向上させます。 その複雑な機能構造は、3D 印刷プロセスによって製造することができます。 このケースの成功は、金属 3D プリントが大量生産に適していることを示しています。
航空宇宙分野における金属 3D プリントの国内での大量生産の事例は公開されていませんが、まだ手がかりを捉えることができます。 第 6 航空宇宙科学技術アカデミーの最新の適用事例では、85- トンのオープンサイクル液体酸素ケロシン エンジンの開発と製造プロセスにおいて、「3D プリントの主要コンポーネントは長期テストで数十回テストされた評価」。 これは、金属 3D プリント技術によって製造された部品の品質が信頼性が高く、航空宇宙分野で受け入れられることを側面から証明しています。 次に、製造の観点から、航空宇宙分野での大量生産に影響を与える要因について説明します。
1. 再現性のある製造の重要な要素である製品の一貫性
バッチ製造の実現は、単一バッチまたは複数バッチで金属 3D プリントによって製造された各部品が、部品の品質、性能、および寸法精度の点で完全に一貫していることを意味します。つまり、技術は再現可能な製造品質を達成しました。 これにより、印刷機器とプロセス基準に厳しい要件が課せられます。
装置の調整は、大量生産の基本条件を備えるために、厳しい基準を満たし、再現性のある製造品質を達成できる必要があります。 これは体系的な説明にすぎませんが、印刷工程における成形空間の煙の除去や気流の調整、レーザー出力の安定制御、各部のエネルギーの調整など、多岐に渡ります。許容範囲内のプラットフォーム、印刷、チャンバー内の酸素含有量の制御、建設完了後に必要な後処理など、配置する必要があるセンサーの数は数千に達します。 GE はまた、大量生産の能力を満たすために、取得したコンセプト レーザー プリンターの詳細な調査、分析、および変換を実行しました。
2. よく訓練されたエンジニアが重要
金属 3D プリント技術には多くの専門知識が必要ですが、1 人が多能工である必要はありません。 この技術には、アディティブ マニュファクチャリングの設計、熟練した操作とメンテナンス、印刷プロセスの開発と材料の品質管理、後処理など、多くの技術的な詳細が含まれます。
これらの関連するプロセスのほとんどすべてが、製品の製造品質が均一であるかどうかに直接影響します。 航空宇宙産業にサービスを提供することを約束するサプライヤーにとって、これらのリンクの才能、特によく訓練されたエンジニアは不可欠です。 これらの専門スキルを備えたエンジニアを育成するには、費用と時間がかかりますが、必要です。
3. 製造コストは引き続き削減する必要があります
投資収益率が他の利用可能な製造方法を超えない限り、3D 印刷技術が広く採用されたり大量生産されたりすることはないと指摘する必要があります。 航空宇宙分野では、コストは最重要事項ではないように思われますが、それでもコストは大量生産を達成できるかどうかに影響します。
機械自体のコストが高いことが大きな問題です。 しかし、10 年にわたる技術の蓄積と研究開発の繰り返しにより、3D プリンターの設備コストは初期の頃に比べて大幅に低下しました。 同様に、材料費にも一定の傾向があります。 成熟した技術の観点からも、競争の観点からも、継続的な製造コストの削減は避けられません。
4.自動調整と生産がますます増えます
人的エラーを最小限に抑えることは、金属付加製造にとって非常に重要です。 たとえば、スポット サイズやマルチレーザー オーバーラップのパラメーターを調整する場合、エンジニアの判断が異なる場合があります。 そのため、Farsoon Hi-Tech などの一部の機器メーカーは、独自に「マルチレーザー インテリジェント キャリブレーション システム」を開発しました。このシステムは、マルチレーザーのオーバーラップの一貫性の課題を最大限に解決し、印刷品質とパフォーマンスをより均一にします。
その他の人為的なエラーには、ビルド基板のレベリング、部品内部の配管の粉体洗浄、サポートの取り外しと後処理などがあります。 現在のソフトウェアとハードウェアは、これらのプロセスをよりスマートにしています。 現在の自動化の程度はまだ限定的ですが、これが傾向になることがわかります。
要約する
航空宇宙分野における金属積層造形技術の応用の利点には、自由な設計、高い材料利用率、低い製造コスト、および迅速な製造が含まれます。 初期の疑問を経験した後、それは急速に発展し始めました。
金属 3D 印刷は単に「印刷できる」だけではなく、性能が設置要件を満たしている必要があり、大量生産が安定し、効率的で一貫性があり、コストが継続的に削減され、設計とプロセスの改善とアップグレードの革新能力が必要です。改善し続けなければなりません。 このようにしてのみ、製造サプライチェーンの不可欠な部分になり、このかつて「非主流」のプロセスが寒い冬に生き残ることができます.