MTU - EOS 3Dプリンティング技術で費用対効果を実現

チャレンジ

既存のEOSマシンを最適に活用し、安全でコスト効率に優れたシリーズコンポーネントを製造。

航空宇宙分野は世界で最も革新的な分野のひとつである。エアバスはA380の設計だけで380件以上の特許を申請した。連続生産に適した新素材や新技術は、コスト、重量、機能などの理由から、この業界で重要な役割を担っている。このため、メーカーもサプライヤーも、レーザーで粉末を層ごとに硬化させて部品を製造する積層造形プロセスの性能をテストしている。 

この方法はもともと、個々の部品を迅速に製造できることから、試作品の製造に使われていた。しかし、その多くの利点から、この技術はその後、連続生産の定番として定着した。

このプロセスに関連する利点としては、設計の自由度が高まるだけでなく、非常に軽量で耐火性／難燃性のプラスチックからさまざまな金属まで、使用可能な原材料の範囲が広がることが挙げられる。一般に、航空機が空を飛ぶ瞬間には、コストと安全性の両方のプレッシャーが大きな原動力となる。したがって、新技術を導入する際には、適切な中間点を選択することが重要である。ドイツの大手エンジンメーカーであるMTU Aero Enginesは、積層造形の利用に向けて戦略的なステップバイステップのアプローチをとった。

同社は現在、7台のEOSマシンを使用している。「MTUのラピッドテクノロジー担当ディレクター、カール・ハインツ・デュゼル博士は、「約10年前、私たちは工具と開発部品の製造から始めました。「生産能力を最適化し、段階的な計画を実行するために、私たちはこの技術を応用できるさらなる分野を探しました」。主な課題は、一方ではコストと安全性への配慮、他方では戦略的イノベーションの追求であった。

ソリューション

エアバスA320neo用新世代エンジンPurePower® PW1100G-JMのギアードターボファン用ボアスコープボスの積層造形。

ボアスコープ・ボスは、最新世代のエンジンであるギアード・ターボ・ファン（GTF）に使用され、EOSマシンを使用して製造されます。「第2段階の初めに、既存の部品を置き換える未加工部品の生産を開始しました。A320neo-GTFの低圧タービン用ボアスコープボスは、このカテゴリーに属します」とKarl-Heinz Duselは説明します。この小さな追加部品により、技術者は内視鏡を使ってエンジン内部のタービンブレードの状態をチェックすることができる。部品はタービンハウジングにリベットで固定され、内視鏡用の開口部が形成される。耐熱性と耐久性が、使用されたニッケル基合金の主な特徴である。この高品質の材料は、部品が要求する最高の結果を実現しますが、機械加工は困難です。幸いなことに、このような問題は積層造形で簡単に克服できる。MTUは原材料の生産者でもあるため、同社は新しいプロセスチェーンを開発することができました。製造プロセス全体は、MTUが特別に開発した制御システムによって支えられている。オンライン・モニタリングは、個々の製造工程とレイヤーを把握する。さらに、光トモグラフィなどの新しい品質保証手順も導入された。ドイツ連邦航空局は、EOSマシンを認定した。以前は、ボアスコープボスは鋳造されるか、固形物からフライス加工されていましたが、A320neoのギアードターボファン用の低圧タービンは、積層造形法を使用して製造されたボアスコープボスを連続的に装備した最初のタービンです。何よりも、生産そのものと開発段階の両方において、EOS技術のコスト優位性が決定的な要因でした。

結果

この戦略的アプローチは、EOSとの緊密で前向きな協力関係同様、MTUにとって実を結んだ。現在、ボアスコープボスの量産準備が始まっている。1工程あたり16個、年間合計2,000個の部品が生産される予定です。以前から確立されていた工程と比較した場合、節約率は2桁になると予想され、品質はすでに高いレベルに達している。MTUとEOSは、構造力学的に完璧な状態を目指して、部品の仕上げ、特に平滑面の最適化をさらに進めている。

MTUは、ベアリングハウジングやタービンのブレードなど、安全性と信頼性の面で最も高い要求を満たす必要がある航空エンジンの製造において、さらなるシリーズ部品の製造に大きな可能性を見出している。MTUの目標：15年以内に、工業用3Dプリンティングで製造される部品がかなりの割合を占めるようになること。EOSテクノロジーは、このように、世界で最も要求の厳しい分野のひとつで活躍するMTUの競争力強化に貢献しています。