AM の代替案に対する議論: 古いものは再び新しいもの

2018年、航空宇宙大手ロッキード・マーチン社は、伝統的に製造された管状の管に3Dプリントされた2つのドーム型エンドキャップを溶接して構成された直径46インチ（1.16メートル）の高圧燃料タンクを完成したと発表してニュースになった。伝えられるところによると、ドームを印刷するという決定により、納期は 2 年からわずか 3 か月に短縮されました。

ロッキード社は決して孤独ではない。 Launcher Inc. はタンク、燃焼室、その他のロケット部品を定期的に印刷しており、その一部には独自の銅、クロム、ジルコニウム合金が使用されています。 SpaceX は、Raptor エンジン用に同様に困難な材料から部品を 3D プリントしており、NASA、Rocket Lab、Orbex、Ursa Major は金属積層造形 (AM) を使用して、ノーズコーンからエンジン ノズルに至るまであらゆるものを製造しています。 今年の 3 月、Relativity Space は、完全に 3D プリントで製造された初のロケットを宇宙に送り出すことで、それらすべてを上回りました。

全員が、AM を導入する決定の主な要因として、製造コストの削減、部品点数の削減、迅速な反復能力を挙げています。 米国が最初のスペースシャトルを打ち上げた時にはこの技術は存在せず、最後のミッションで主流になりつつあったところだった。

航空宇宙産業（とりわけ）は金属 AM をめぐって大騒ぎになっているようです。 それには正当な理由があります。 最小限の工具投資と事実上無制限の設計自由度により、製造業界にとって比較的新しいこの企業は、機械加工、鋳造、金属射出成形などの従来のプロセスに代わる強力かつ柔軟な代替手段となることが証明されています。

しかし、街の製造ゲームはこれだけではありません。 それとは程遠い。 実際、ロッキード・マーティンが別の、はるかに成熟したプロセスを使用していたら、コンポーネントは 3D プリンティングで得られたものよりも優れた冶金特性を誇り、最終アセンブリに必要な溶接接合部は 1 つ少なくなっただろうと私は主張します。 この代替アプローチでは、ある程度のツール費用とプロセス開発のリードタイムが長くなりますが、両方とも最小限に抑えられます。

この奇跡のプロセスとは何でしょうか？ 何千年も前に古代エジプト人が使用していた金属加工技術である「スピニング」として知っている人もいるかもしれません。 当時は、回転する木製マンドレルの上に金属ディスクを置き、「パドル」または同様の鈍い工具を使用して圧力を加え、ワークピースに徐々にマンドレルの形状を強制していました。 その結果、少なくとも昔は、丈夫で一貫して形成されたボウル、花瓶、装飾品が生まれました。

その基本的なプロセスは今でも使用されていますが、製造における他のすべてのものと同様に、高度な紡績は現在コンピューター制御の装置で実行されています。 マンドレルは今でも多くの場合に使用されていますが、現在では CNC 旋盤で機械加工されたスチールで作られています。 また、非常に複雑な形状であっても、代わりに一連の硬化鋼製ローラーを使用して内面と外面をトレースすることでマンドレルを省略することもできます。これは、指とろくろを使用して粘土の塊を美しい花瓶に成形するのと似ています。

正確な熱の適用、電子力のモニタリング、高度な CAM ソフトウェアを組み合わせると、現在非常に成熟し、予測可能な金属加工技術をより正確に表す用語は、単に「フローフォーミング」、別名「スピニング」または「スピンフォーミング」です。

多くのフレーバーが存在します。 コーンフローフォーミング、シェアフォーミング、シェアスピニング、チューブフローフォーミング、鍛造フローフォーミング - これらは、シートメタルディスク、フレームカットプレート、または鍛造ブランクを「フロー」させるために使用される技術を区別するために使用される用語の一部です。直径が 1 インチ程度から各方向に数ヤードまでのサイズの、高い寸法精度、優れた表面品質、堅牢な機械的特性を備えた、円筒形で中空の通常は薄肉の物体に加工されます。

多くの技術と多くの名前がありますが、ここではそれらをすべて「高度な金属成形」という包括的な用語にまとめます。 これは、チップレスで高速なプロセスで、あらゆる種類のチューブ、コーン、ライナー、シリンダーなど (その多くは一端が閉じたもの) をさまざまな材料から製造するために使用され、それぞれが説明されている特性を誇り、迅速に納品されます。費用対効果が高い。