飛行機をまるごと3Dプリントするには

旅客機でも戦闘機でも、航空機は作るのにたくさんお金がかかることで知られています。「3Dプリンタ」が話題になったり報道されていると、「飛行機を3Dプリンタで作れば安くすむのに」と思ってしまうものです。

実際に、航空業界では3Dプリンタにチャレンジする会社が出てきています。

イギリスのBAEシステムズ社は、イギリス国防省と契約している会社の一つですが、2014年から3Dプリンタを航空機製造に活用する試みを行っています。

この会社の仕事の一つは、イギリスの王立空軍、つまりロイヤル・エア・フォース(RAF)が使う戦闘機「トーネードGR.4」を整備することです。

「トーネードGR.4」はイギリス、ドイツ、イタリアが協同開発した「トーネードIDS」の派生系の一つで、イギリス向けの仕様。数種類の機種がありますが、「GR.1」「GR.1B」など、ほとんどの機種名に小数点がついています。

BAE社は「GR.4」のいくつかの部品を3Dプリンタで製作し、その部品で組み立てた機体でフライトも実現しました。3Dプリンタによる部品を組み込んだ「GR.4」の初フライトは、2013年12月。BAE社のウォートン工場で行われたそうです。

実際のフライトとなると部品の精度が気になりますが、製作されたのはコックピットの通信機を保護するカバー、空気取入口につける支持用のストラット、パワー・テイクオフ・シャフトの保護装置など。こういった部品は3Dプリンタの精度で問題ないということのようです。

この精度で航空機部品をコピーできる3Dプリンタの価格が、いくらなのかは発表されていません。

ですが、BAEシステムズ社の説明では「3Dプリンタによって30万ポンド経費節減できた」とのこと。今後4年で、120万ポンドの経費節減が達成できる見込みだそうです。

BAE社では他にも、「ユーロファイター・タイフーン」に関連する仕事をしています。

こちらは「カナードデルタ型」と呼ばれる形状の戦闘機です。

コックピットはよくある普通の形ですが、コックピットの前方の左右に前翼(カナード)と呼ばれる小型の翼があり、コックピット後方には大きな三角形の主翼が広がっています。

BAE社ウォートン工場では「ユーロファイター・タイフーン」の風洞テストを行うため、12分の1スケールの模型を作りました。模型本体は軽合金と木材なのですが、増槽(ぞうそう)の一種である「コンフォーマル・フューエル・タンク」を3Dプリンタで作ったのです。

「増槽」は、第二次世界大戦のころから行われるようになりました。

それまでの軍用の車や飛行機は「内蔵燃料」だけで移動していましたが、本体の外部に「追加の燃料タンク」を取り付ければ、より長時間、より長距離を移動できて、作戦を多様化できます。

そこで行われるようになったのが、燃料タンクの追加(増槽)です。

大別して2種類あり、「本体に取り付けられていて、中身の燃料を使い切ったとき、すぐに本体から切り離せるもの」、「本体と一体化していて切り離さず、燃料の使用後もそのまま固定されているもの」があります。

タンクを切り離すと、本体が軽くなるという大きな利点があるのですが、切り離して落下したタンクをどうやって回収するのかという問題が起きます。

一方、タンクが固定されているタイプは本体と一体化しているため、空気抵抗が少ない形状に設計できるという利点があります。

戦闘機の使用目的によって採用が使い分けされているようで「ユーロファイター・タイフーン」の場合、切り離しのできないタイプの「コンフォーマル・フューエル・タンク」を採用しているのです。

航空機の部品レベルでは3Dプリンタの活用が始まっていますが「飛行機丸ごと3Dプリンタ」までは道のりが長そうです。航空機はいろいろな素材を集めて作るので、その素材すべてが3Dプリンタの機械の中を自由に動けるとは限らないからです。

印刷物をコピーしたりプリントできるのは、プリンタという機械の中をインクが自由自在に出入りできて、必要な場所に必要な量のインクを正確に送り届けるからで、3Dプリンタにも同じ事が必要です。

チョコレートであれば「チョコレートをインクとして使える仕組み」が3Dプリンタに備わっていないと、「チョコレートそっくりの立体形をコピーすることはできるが、チョコレートを使ってのコピーはできない3Dプリンタ」ということになります。

「チョコレートをインクとして使える仕組み」が備わっている3Dプリンタなら、チョコレートの素材も形もコピーできるので、チョコレートをもう一つ作れます。

チョコレートの形だけのコピーは、サンプルやディスプレイなど使い道があるかもしれませんが、飛行機の部品の場合、部品の形も素材もコピーできていないと使えません。

ですが、飛行機に使われている素材は離陸や着陸の衝撃に耐え、地上から高度1万メートルまでの激しい環境変化に耐える頑丈なものです。

そこまで頑丈な素材を「3Dプリンタでインクとして活用できる」状態に加工し、3Dプリンタの中をスムーズに正確に出入りできる仕組みを作るのは難しそうです。

将来、飛行機で使われている素材すべてを使える3Dプリンタを開発して、「その3Dプリンタを購入して飛行機をコピーした方が、普通に飛行機を作るより安い」となったら「飛行機丸ごと3Dプリンタ」ができるかもしれません。

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