Liebherr｜ 初の金属3Dプリントによるプライマリ・フライト・コントロール油圧コンポーネント

課題

従来のプライマリー・フライト・コントロール油圧部品をアディティブ製造部品で代替 - フライトに関するすべての認証要件を満たす

環境意識の高まり、燃料価格の上昇、代替エネルギー源の不足を背景に、航空宇宙産業は競争力を維持するために新しい技術を見つける必要があります。パウダーベッドベースの産業用3Dプリンティングは、根本的な変化をもたらし、革新的なコンポーネントを容易にする可能性を秘めています。 Liebherr は、6年前に早くもアディティブ・マニュファクチャリング・プログラムを開始しています。現在では、EOS金属3Dプリンティング技術が航空機の油圧マニホールドに適用可能であることを証明しています。エアバス社およびケムニッツ工科大学の研究チームとともに、Liebherr は連邦経済エネルギー省（BMWi）の資金援助を受けたプロジェクトを開始しました。

その目的は、従来の主要飛行部品である高圧油圧バルブブロックを、付加製造部品で代用することでした。 

航空機では、安全な飛行を確保するために多くの部品が連携して動作しています。スポイラーアクチュエーターは、スポイラーを所望の位置に動かし、飛行機の揚力を減少させます。このような主要な飛行制御部品の製造には、最高水準の品質と精度が要求されます。従来、バルブブロックの製造は、鍛造された原材料から始まり、機械加工、トリミング、穴あけ、そして最終的に組み立てられます。このプロセスチェーンは時間がかかり複雑で、最適化の余地はほとんどありません。しかし、工程数の多さは、金属3Dプリンティングによって実現可能な改善の余地を示しています。将来の有望な技術としてアディティブ・マニュファクチャリングの実現可能性を示すには、新しい部品がより軽く、資源効率に優れ、環境に優しいものでなければなりません。

ソリューション

より少ない部品点数と効率的なプロセスチェーンで軽量3Dプリント部品を製造

その解決策は、EOSの信頼性が高く高品質な産業用3Dプリンティング技術を使って、航空産業で実施するための設計とプロセスチェーンを開発することでした。まず、従来の部品が分析されました。油圧構造が特定され、補助的な部分が取り除かれました。インテリジェントで短い接続ラインを最適化することを目的に、設置スペースとインターフェース要件に照らして主要部品の位置が再考されました。これにより、新しい部品の設計の基礎が築かれました。「産業用3Dプリンティングでは、複雑さはもはや問題ではありません。EOS M 290 システムでは、コンポーネントは厚さ30～60μmの多数の薄い層から造形されるため、複雑な形状を造形することができます」と、Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbHの研究・技術部門、アディティブ・マニュファクチャリング リードエンジニアのAlexander Altmann氏は説明します。「機能要素は、曲がったパイプを使って互いに直接接続されています。これにより、多数の横穴を持つ複雑なパイプシステムが不要になり、生産時間が短縮されました。」 

選択された材料であるチタン合金は、さまざまな利点を提供するため、特に航空に適しています。非常に軽量で機械的に安定し、耐食性にも優れているため、軽量化だけでなく、運航中のコスト効率も向上させることができます。後加工には、応力除去のための熱処理や油圧チャンネルの特殊処理などが含まれます。 

最後に、「コンポーネントとその素材の信頼性と安全性については、いささかの疑念もあってはなりません。EOSテクノロジーによって、私たちは最高品質のチタン製コンポーネントを確実に製造することができます。これは、次のステップである量産の前提条件です」と、Alexander Altmannは説明します。

結果

新しい付加製造されたバルブブロックは、従来型と同等の性能を持ちながら、35％軽量化され、部品点数も削減されています。新しいバルブブロックには10の機能エレメントを一体化することが可能で、多数の横ボアを持つ複雑な配管システムを排除しました。

「アディティブ・マニュファクチャリングのキャッチフレーズは、同じものをより少ない質量と部品点数で製造することですが、これは私たちLiebherr-Aerospaceにとって重要なステップです」とAltmannは言います。この新しい3Dプリント部品は現在、A380型機の試験飛行で試用されています。 

工業用3Dプリンティングは、従来のフライス加工に比べて複雑さが少なく、材料効率が非常に高いため、チタンの廃棄物を最小限に抑えることができます。「現在、バルブブロックの製造には約1日かかりますが、 EOS M 400-4で、製造時間を75%以上短縮できる可能性があります」とアレクサンダー・アルトマンは言います。

しかし、それがすべてではありません - 軽量3Dプリントバルブブロックと将来の3Dプリント部品は、燃料消費量の削減、CO2とNOX排出量の削減にも貢献するでしょう。航空機部品に求められる要求は非常に高いため、Liebherrは絶対的な信頼性を持つ製造プロセスを確立するため、細部に至るまでアディティブ・マニュファクチャリングを理解することに重点を置いています。LiebherrはEOSにおいて、積層造形プロセスにおける品質保証を促進する技術プロバイダーであり、パートナーを得ています。試験段階に参加することで、Liebherrは、シームレスでリアルタイムのコンポーネント検査を可能にするEOSモニタリングスイートの新しいモジュール、EOSTATE Exposure OT の開発に貢献することができました。 

Alexander Altmannは、「将来的には、工業用3Dプリンティングプロセスにおける材料欠陥の特定を迅速化し、コンピューター断層撮影のような下流の品質保証プロセスの必要性を減らすのに役立つでしょう」と言う。