Ansys Mechanical を使用したFDM部品のモデリング

2017年9月

目次

1. 機能性部品製造における FDM

図1. FDMプロセスにより製造されたECSダクトを手に持つULA技術者

熱溶解積層法(FDM)は最も広範囲に使用されている付加製造技術(AdditiveManufacturing、AM)技術であり、その範囲はデスクトッププリンタから工業規模の製造ツールにまで及びます。プロトタイピングや高速ツーリングにおけるFDMの使用はすでに定着していますが、航空宇宙分野の最終用途部品製造におけるFDMの使用はごく最近の事象です。これは主に、ULTEMTMと呼ばれる材料の利用に起因しています。ULTEMTMとは、FAAFAR25.853規制に準拠した熱可塑性樹脂の1つです[1]。この材料は、固有の難燃性挙動と高強度対重量比、突出した高耐熱性、高強度と高剛性、および広範囲な耐薬品性を備えています[2]。航空宇宙業界は、機能性部品を作成する手段としてFDMを導入する道を開拓してきました。部品製造においてFDMを使用する価値を示す3つの例を以下に紹介します。

1.1 設計機会 : 環境制御システム (Environmental Control System、ECS)ダクト

積層付加製造技術によってもたらされる固有の設計自由度により、複数の企業がAMプロセスを選択しています。ほんの一例を挙げると、ユナイテッドローンチアライアンス(United LaunchAlliance、ULA)ではFDM技術を活用してECSダクト(図1)を製造し、全体のアセンブリを140部品からわずか16部品に削減するとともに、製造コストを57%削減することに成功しました。ECSダクトは、打ち上げに際して温度/湿度管理された空気を精密航空電子工学機器に分配します。これらのダクトには、強力な振動に耐える強度が求められます。