VOCUS、高度なリバースエンジニアリングと3Dプリント技術により航空機排気コンポーネントの認証品を提供

航空宇宙製造において、重要部品の予測不可能な供給状況や品質のばらつきは、運用準備態勢と安全性の両方を損なう恐れがある。アウクスブルクに拠点を置くVOCUS GmbHは、リバースエンジニアリングと積層造形（AM）を専門とする革新的な航空宇宙サプライヤーとして、航空機排気システムのスライド部品の再設計と認証という重大なプロジェクトを任された。

完全に認証可能かつ再現性のある積層造形ワークフローを実現するため、VOCUSはマテリアルゼと緊密に連携しました。両社は設計データの準備や造形戦略から生産トレーサビリティに至るシームレスなデジタルプロセスチェーンを確立し、航空宇宙分野の認証取得の基盤を構築しました。金属造形は産業用EOS金属システムで実行され、航空宇宙用途の再現性ある造形に必要なプロセス安定性を提供しました。

従来の部品は航空機用鋼材を溶接して製造されていたが、寸法変動、溶接による応力集中領域、手作業溶接による作業効率の低下、および寿命制限といった課題を抱えていた。明確な使命は、EASAの厳格な補足型式証明（STC）要件を満たしつつ性能向上を実現する、予測可能でデジタル制御された認証取得可能な製造プロセスを開発することであった。

ソリューション

VOCUSは、CTベースのリバースエンジニアリング、デジタル最適化、AM製造プロセス、厳格な試験、および完全な航空宇宙認証を組み合わせた多段階アプローチを採用した。

このアプローチの実施にあたり、マテリアルライズは航空宇宙分野で実績のあるソフトウェア環境でVOCUSを支援しました。この協業により、信頼性の高いビルド準備、標準化されたデータ処理、エンドツーエンドの文書化が実現され、認証要件を満たすための重要な要素が確保されました。

1. CTスキャンによるリバースエンジニアリング： 高解像度の産業用コンピュータ断層撮影により 、内部・外部の形状を高精度で捕捉し、再設計のための正確なデジタル基盤を確保した。
   
   
2. CAD再構築と最適化： CTデータに基づき、エンジニアはCATIAで形状を再構築し、AM（積層造形）技術ならではの改良を実施しました。具体的には：
   - 応力集中部の低減と溶接による遷移領域の排除
   - 荷重半径の最適化
   - 高応力領域の補強
   - 非重要領域における重点的な軽量化
   - 周期的な熱的・機械的負荷に耐える均質で溶接部のない構造
   
   
3. ポリマーにおける試作検証： 金属製試作に移行する前に、寸法精度と適合性を検証するためポリマー試作を 3Dプリントし、CADデータの忠実性を確保した。
   
   
4. EOS NickelAlloy を用いた金属製造： 最終モデルは 、ビルド準備にMaterialise Magics、システム統合にEOS Build を使用し、EOS金属システム上で構築された。EOSプラットフォームの安定性と再現性は、一貫した溶融プール挙動と信頼性の高いビルド結果を達成する上で重要であった。継続的な検証のため、材料試験用試験片とともに、ビルドごとに6個のスライド部品が製造された。
   
   
5. 後処理と品質管理：後処理ワークフローには応力 除去熱処理、サポート除去、精密機械加工、セラミックビーズブラストが含まれた。 さらにVOCUSは、部品のライフサイクル全体を通じた完全なトレーサビリティを確保するため、独自の部品識別子（バッチ番号＋シリアル番号）を導入した。Materialiseと連携し、Streamicsを基盤とした効率的なデジタルトレーサビリティ体制を構築。この中核データ基盤は、機械パラメータ、材料情報、後処理記録、検査結果を連携させ、航空宇宙認証対応の統一文書体系を確立した。
   
   
6. 地上試験および飛行試験：EASAが 義務付けた10時間の地上試験に対し、VOCUSはBinder MotorenbauおよびSOLO Aero Enginesにおいて合計20時間を実施。負荷サイクルには以下の内容が含まれた：コールドスタート、エンジン始動、5分間の全負荷運転、3分間のアイドリングおよび冷却、これを繰り返し。 飛行試験はドリームウィングス社所有のアルカス機で実施され、35時間を無事故で完了。現在、AMスライド部品はドイツ、スイス、オーストラリアで運用中である。
   
   
7. 認証と連続生産： 製造および文書化プロセス全体 （リバースエンジニアリング、AM、後処理、品質保証）は 、EASA補足型式証明（STC）の一部として承認されました。現時点で確認されている限り、VOCUSはインコネル製AM金属部品についてEASA STCを保有し、運用中の航空機向けに製造・供給を認可されている数少ない企業の一つです。 

結果

このプロジェクトを通じて、VOCUSはEASA STCの下で承認された、EN 9100/ISO 9001準拠の認証済み生産プロセスを達成しました。主な成果は以下の通りです：

• 寸法精度と再現性が大幅に改善された
• 均質で溶接部のない構造体であり、繰返し荷重下での優れた挙動を示す
• 予測可能でデジタル制御された製造プロセス
• 手動溶接工程および専用治具への依存度の低減
• 寿命延長 - 溶接版に比べて約10倍の寿命延長が見込まれる
• 完全な製造から廃棄までのトレーサビリティと、不正部品や偽造部品に対する保護

AMとデジタルワークフローの組み合わせにより、VOCUSは従来製造品よりも安全で耐久性が高く、認証取得が容易な部品を提供できました。EOSプラットフォームの堅牢性は高いプロセス再現性に寄与し、安定かつ予測可能な造形条件により認証取得活動を支援しました。

「小規模な企業であっても、自ら投資するか、適切なパートナーと協力することで、積層造形のような最先端の製造技術を導入できる。特に、拡張可能なデジタルインフラを提供する経験豊富な技術パートナーの支援があればなおさらである。」

ステファン・ゴルケナント、プロジェクトマネージャー、VOCUS GmbH

より広範な影響

このプロジェクトの成功は、航空宇宙製造におけるより広範な変化を浮き彫りにしている：積層造形技術はもはや、膨大な研究開発予算を持つ大手OEMの独占領域ではない。 VOCUS のような企業は、適切なエンジニアリングの専門知識、デジタルワークフローの統合、そして厳格な品質管理を組み合わせることで、中小企業でも航空宇宙グレードの成果を達成できることを示しています。
Materialise とのコラボレーションと産業用グレードの EOS システムの利用を通じて、VOCUS は、デジタルでサポートされたプロセスチェーンがこの移行を加速し、中小企業でも認証取得可能な AM を実現できることを実証しました。

アクセス可能なAM技術と業界標準の認証プロセスを活用することで、VOCUSは重要な排気コンポーネントを供給しただけでなく、中小企業が最高水準の製造精度で競争する道筋を示す先例を確立した。このアプローチにより、地域サプライヤーはレガシー部品の近代化、航空機の耐用年数延長、サプライチェーンのレジリエンス強化を実現できる。同時に、コスト効率と設計の柔軟性も維持される。

最終的に、このスライド部品プロジェクトは、高度なエンジニアリングツールと積層造形技術への民主化されたアクセスが、航空宇宙分野全体でイノベーションの新たな可能性をいかに開くかについての事例研究として機能する。航空製造における卓越性は企業の規模ではなく、ビジョン、精密さ、そして継続的改善への取り組みによって定義されることを実証している。

VOCUSが飛行認証取得の量産段階に到達したことは、体系化されたデジタルワークフローの威力を如実に示しています。エンジニアリングの専門知識とソフトウェア主導の品質保証が連携することで、認証取得が可能であることを我々は共に実証しました。

ティム・ドマガラ、研究開発エンジニア、マテリアライズ

会社概要

VOCUS GmbH