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航空宇宙工学における金属折り紙：精密折り畳み技術

12月 17, 2024

2015年から2024年までの航空宇宙工学における金属折り紙の変革的役割を探求します。高度な金属折り畳み技術が、いかに展開可能な構造を強化し、製造を合理化し、航空宇宙用途の部品設計を革新するかをご覧ください。

金属折り紙：精密な折り畳みと現代製作

このドキュメントの内容は、航空宇宙工学における金属折り紙の様々な側面とその応用をカバーしています。はじめに、現代製作における折り紙の概要と、航空宇宙における折り紙の意義について説明しています。

次に、ロール成形、スタンピング、レーザー切断と成形、自動曲げ加工などの金属折り畳み技術を掘り下げます。これらの技術について、そのプロセス、利点、限界について取り上げています。

複合アセンブリのセクションでは、マルチマテリアルアセンブリとメカトロニクス統合について説明します。特に航空宇宙工学における利点と応用を強調しています。

この文書では、次に精密工学を取り上げ、半径の小さな曲げ加工と多軸曲げ加工技術に焦点を当てています。これらの技術は、現代の航空宇宙製造において複雑で精密な設計を行うために不可欠です。

航空宇宙分野への応用では、折り紙の原理を活用した展開可能な宇宙構造物や革新的な航空宇宙部品を紹介しています。これらの進歩は、航空宇宙産業における折り紙の革新的な役割を強調しています。

最後に、折り紙が航空宇宙工学に与えた影響についてまとめています。そして、この分野における継続的な技術革新の可能性を強調しながら、今後の研究開発の方向性を示唆しています。

高度な折り畳み技術についてはサイエンスダイレクト.

折り紙は、紙を折るという古くからある工芸品ですが、折り紙に基づいた計画によって、工学に新たな用途が見出されました。折り紙の技術は、平らな材料を複雑な3次元形状に折る能力を利用することで、進歩した構造や部品を作ることを可能にします。この監査では、2015年から2020年までの航空宇宙工学への折り紙規格の適用における最近の進歩を概観します。宇宙構造物、航空宇宙部品、折り紙の基本的なメカニズムについて説明します。折り紙は、展開可能な構造体、輸送の最小化、航空機部品の組み込み組み立てのための驚くべき可能性を示しています。この調査は、折り紙が航空宇宙分野における計画の展望をどのように広げるかを特集するものです。

航空宇宙工学における金属折り紙の技術

ロールフォーミング

ロール成形は、航空宇宙工学における金属折り紙で重要な役割を果たし、サイディング、材料、自動車主要部品のような長尺の直接板金部品の製造を可能にします。ロール成形は、理想的な断面形状に材料を動的にねじるノッチやピンを取り付けた一連のローラーに、輪になったシートメタルを通すことで機能します。ロール成形は、複雑な断面の大規模製造を考慮した、高度に自動化された高速プロセスです。スタンピングのような他のシートメタル成形技術に比べ、ロール成形は特定の金型を必要とせず、同じ部品を大量に生産する場合の金型コストが低くなります。しかし、ロール成形は、一貫した断面と長さの部品を製造する必要性によって制限されます。

CNC機械加工がどのようにロール成形を強化するかをご覧ください。 MXMマシニング.

スタンピング

スタンピングは、シートメタルを成形するためのもう一つの一般的な工業プロセスで、シートを金型によって特定の形状にプレスします。成形された金型とパンチを使用して、ネットシェイプの部品を一括生産します。ロール成形に比べ、より複雑な3D形状を作ることができますが、スタンピングには形状専用の複雑で高価な金型が必要です。新しい部品設計を作成するために必要な金型変更は、コストに大きく貢献します。スタンピングは大量生産には適していますが、プロトタイプや少量のカスタム部品には、レーザー切断や彫刻に比べて柔軟性に欠けます。

レーザー切断と成形

レーザー切断は、高度に集光されたレーザービームを使用して板金材料を切断します。レーザービームのパワーと動きはコンピュータ制御されており、周囲の材料への熱影響を最小限に抑えながら、複雑なパターンや形状を正確に切断することができます。スタンピングや圧延とは異なり、レーザー切断は非接触のプロセスであるため、複雑な形状を素早く作成するのに適しています。ただし、材料の厚さが薄い場合は、レーザー吸収能力によって制限されます。また、切断エッジのバリやドロスを除去するための後処理が必要になる場合があります。

レーザー切断のための精密加工について MXMマシニング.

自動ベンディング

曲げ機構

シートメタルの自動曲げ加工には、いくつかの一般的なメカニズムがあります。エア曲げでは、シートは一方のエッジに沿って挟まれ、反対側のグリッパーによって成形エッジの上に引っ張られ、エッジの計算に対応するスパンにシートを曲げます。この工程では、一点接触の成形エッジを使用することも、連続曲線の場合はローラー成形を使用することもできます。

延伸曲げでは、シートの両端をはさみ、水平方向に引っ張ることで、空気曲げのように圧縮するのではなく、伸ばして塑性変形させます。様々なプレスも利用され、シート材は加圧された金型に接触して成形されます。プレスブレーキは、シートメタルにしわをつけるために、下側のダイと動く上側のパンチを使用します。

自動ベンディングシステム

自動曲げシステムは、曲げ工程を機械化し、より正確なシートの位置決めと曲げパラメーターの制御を可能にします。これらのシステムは、フレキシブルな製造システムにもシームレスに統合できます。

数値制御（NC）プレスブレーキは、サーボモーターとリニアスケールを使用して、曲げシーケンスをプログラムし、シート材を高い再現性で位置決めすることができます。オンライン曲げパラメータ解析のためにマシンビジョンを統合することもできます。

最新のロボットは、調整されたグリッパーを使用して保持されたシートエッジを引っ張ってエア曲げを行うか、平行な機械的リンケージを使用してストローク曲げの間に平らなストックを保持します。メカニカルオートメーションは、可変部品プログラム、溶接ラインや組立ラインへの統合、消灯生産を可能にします。

連続曲げ加工のような高度なシステムでは、回転ドロー機構を利用してシートを連続的に送り、曲げ加工を行うため、スループットが向上します。フォースセンサーは、プロセスの監視とメンテナンスのためにリアルタイムの荷重データを提供します。

一般的に、自動化システムは曲げ品質を向上させ、混合モデルの生産を可能にし、手作業による曲げと比較して労働要件を削減します。

自動化された加工プロセスについては、以下をご覧ください。 MXMマシニング.

複雑なアセンブリ

マルチマテリアルアセンブリ

異なる材質のシートメタルを統合することで、多機能でより複雑なアセンブリが可能になります。マルチマテリアル接合は、様々な用途に対応するカスタマイズされた特性と機能を持つ複合材料の製造を可能にします。航空機では、金属-ポリマー-金属のサンドイッチが、重量を減らしながら堅固さを提供し、燃料備蓄資金と実行の向上を後押しします。マルチマテリアル3Dプリンティングは、複雑なマイクロシステム向けにも躍進しています。そこでは、カスタマイズされた機械的および光学的特性を持つさまざまな材料をソリッド構造内に挿入することが魅力的です。接着剤は、ユニークな材料を接着し、混合することができます。溶接や締結も、近くの金属シートの中にさまざまな金属でできた小さなハイライトを埋め込むのに役立ちます。

マルチマテリアル・エンジニアリングの進歩についてはエヌシーBI.

メカトロニクスの統合

これまでの材料ブレンド、エンジン、アクチュエータ、センサーを含むメカトロニクス・インテグレーションは、折りたたまれたシートメタルの内部で、検出、煽動、洞察力を備えた多機能ガジェットを実現します。接合部に組み込まれた回転アクチュエータや直線アクチュエータは、機械技術、多目的な光学系、再構成可能なガジェットのための折り畳み/折り畳み解除動作を可能にします。マイクロ流体融和は物質検出、診断、治療などの能力を提供します。折り畳み時に設置される多層フレックス回路は、適応可能なハードウェアを実現します。折り畳まれたシートメタル内でメカトロニクスのハイライトを実行することで、折り畳みが提供する安全性、コンパクト性、統合性を実現しようとします。

精密エンジニアリング

タイト・ラディ・ベンド

シートメタルの曲げ加工で重要なテストは、曲線のわずかな部分にひずみを集める必要がある、きつい半径の曲げ加工です。これには複雑な計算と高出力が必要です。自動化されたシステムでは、成形装置間を揺動させながら、最後のひねりが枠に収まるまで金属を一度に小さなステップずつ伸ばしていくことで、ゆっくりと曲げを成形することができます。小さな半径の場合、粒子メッキやドライフィルム軟膏のように、表面コーティングで摩擦力を減少させることができます。新しい装置計画、例えば、適応可能な曲げパスは、構造のきつい曲げを形成するために研究されています。これらは、圧力を集中させる鋭いハイライトの代わりに、カスタマイズ可能なプロファイルをワークピースに滑らかに適合させることができます。

多軸曲げ

現在の板金部品は、1つの回転軸を含む単純な曲げだけでなく、複数の対向する平面の曲げをブレンドする必要があります。多軸曲げは、単軸技術では困難な複雑な計算を可能にします。特定のエンドエフェクターを備えた最新のロボットは、板金エッジを保持し、曲げの容易な配置を実行することができます。マルチホールドツールも同様に、複数の同期曲げを可能にする様々な場所のブレーシングを可能にします。曲げ順序は、影響を考慮することが重要になります。計算技術は、ツイストの実用性と理想的な連続を分解します。一般的に、精度を向上させるためには、ワーク形状に適応した工具が必要です。

航空宇宙用途

宇宙構造

展開可能な構造体は、宇宙空間での使用において体積と質量を制限するために非常に魅力的です。折り紙の折り畳みは、効果的な収納によって巨大な展開可能構造物を作るのに役立ちます。折り紙を使った宇宙船の設計は、これまでにも数多く研究されてきました。三浦織のデザインは、アコーディオン折りによって、太陽系クラスターを押さえる厚みを減らすことを促しています。折り紙や切り紙の規格は、展開可能な受信ワイヤーやレーダーの計画を盛り上げています。レーザーで切断し、折り畳んだアルミ板は、通信衛星用の電波反射板を作ります。

航空宇宙部品

折り紙規格は、輸送の削減を通じて飛行関連の開発に役立っています。折り紙センターは、数学的な密閉性によって、独創的なサンドイッチの設計を可能にします。切紙は、翼、外形、床材用の段ボール複合板の大量組立を可能にします。折紙折り畳みは、水平な金属板を入場マニホールドのような航空宇宙部品に変えます。さらに、折り紙は、飛行プロファイルを変換するセルフコンベア可変キャンバー翼を動機付けます。折り紙は、従来のピボットアセンブリを打ち負かす自己上昇衛星太陽光ベースのクラスタドライブを提供します。

展開可能な構造物についての詳細は、以下をご覧ください。サイエンスダイレクト.

結論

折り紙は、折り畳み可能で多機能な構造体を提供することで、航空宇宙工学に新たな門戸を開きます。折り紙は、収納や配置を最小限にすることで、宇宙構造物への応用が可能です。飛行機の場合、折り紙は、層状サンドイッチボードや自己上昇コンポーネントを通して、生産的な部品計画を支援します。将来的には、折り紙の設計を、計算計画における推進力を利用して、カスタマイズされた用途に向けて改良することができます。また、折り紙ベースの航空宇宙部品の精密な作成により、生産性を向上させることができます。一般的に言って、折り紙の2Dから3Dへの変更可能性は、より柔軟で、管理しやすく、大量生産可能な航空宇宙フレームワーク計画を保証します。

高度な航空宇宙ソリューションについては、以下をご覧ください。 MXMマシニング.