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飛行機やヘリコプターを1機造るだけで数百万ドルに達する時代において、メーカーは性能を損なうことなくコストを削減し生産を迅速化する方法に常に関心を持っています。エンジニアリングチームが新型機の総重量を減らそうとする中、この分野を大きく牽引しているのは、ますます多くの部位で複合材料が採用され続けている点です。

金属製の前縁ガードを炭素繊維充填の回転ブレードに適用するための新しいプロセスが開発の初期段階にあり、これによりコストが大幅に下がり、製造時間も大幅に短縮される可能性があります。

Alpha Metalcraft Groupは、航空宇宙・防衛産業向けの製品を製造する企業で、複合材系の複数のエンジニアリング企業と協力して、これらの前縁ガードを複合材ベースのプロペラブレードに適用するプロセスを見直す作業を進めています。特にeVTOL機など、今後急増すると予測される市場セグメントに対応することを目標としています。

AMGのDirector of EngineeringであるDr. Luigi Cazzanigaは、この提案された新しい製造アプローチに関する情報を、CAMX（Composites and Advanced Materials Expo）で発表します。エキスポはAtlantaで9月21日から24日まで開催されます。

前縁ガードはローターブレードの性能にとって重要です。複合材ブレードは、天候や砂、泥などによる磨耗を受けやすく、金属製の前縁ガードはブレードを保護し、使用寿命を延ばします。

これらを別製造した金属ガードを複合材ブレードに取り付けるための確立された適用方法はありますが、その工程には膨大な労力、検査、輸送コストが伴います。さらに、現在の標準的な製造プロセスでは、ローターブレードの形状を正確に複製する高価なステンレス製工具（マンドレル）が必要で、1つの工具に対する投資額が最大で$100,000に達することもあります。 

AMGは別のアプローチを開発しようとしており、航空宇宙向けサプライヤーと協力して、直接ニッケルを堆積できる新しい複合材ブレードの設計に取り組んでいます。Dr. Cazzanigaによれば、「炭素充填複合材構造に直接ニッケル基材をめっきできる能力は、複数の組立工程を不要にし、全体の製造コストを下げることができます。」

Dr. Cazzanigaは、炭素繊維充填複合材の回転ブレードが航空宇宙分野にもたらす利点について説明しています。複合材のアセンブリは、構造的性能を維持しつつ部品を軽量化する道を提供し、耐久性の向上を示し、騒音や振動を低減するための複雑な設計を可能にします。

しかしながら、複合材ブレードは十分な耐摩耗性がなく、その結果、過度の損傷や部品の早期故障につながることがあります。ブレードは砂地の環境や塩分を含んだ沿岸の空気、さらには落雷などによる環境劣化を受けやすいのです。

前縁ガードは電鋳（electroforming）という化学的プロセスで製造されます。これは3Dプリントに似ていますが、異なる形状や機械的特性の要件に対応する柔軟性が大きい点が特徴です。Dr. Cazzanigaは「厳しい公差、部品全体の重量、引張特性、耐摩耗性を管理することが重要です」と述べています。 

電鋳プロセスは遅く、平方フィート当たり時間ごとに数千分の一インチ程度の進行しかありませんが、夜間など人手の少ない時間にも行うことができ、従業員が常時監視する必要はありません。マンドレルは溶液中にセットして一晩放置されます。タンクのサイズを拡大することで、電鋳は大量生産の能力も提供します。

航宇顧客が要求する厳しいプロファイルと厚さの公差を満たすための追加仕上げの後、これらの耐摩耗ガードは表面処理のためにサードパーティの業者へ出荷され、その後複合材供給業者に渡されてローターブレードへの最終組立が行われます。

直接複合材めっきは、複合材ブレード自体を電着用の治具やマンドレルとして使用することで、これら多数の個別工程の多くを回避します。Dr. Cazzanigaは説明します。「複合部品への直接複合材めっきは、電鋳の重量配分／削減という利点をさらに高めます。前縁は摩耗の大部分が発生するため厚く作ることができますが、後縁の取り扱い上の制約がなくなることで後縁をさらに薄くでき、部品全体の重量をさらに削減できます。追加の軽量化と複数工程の排除は、大きなコスト削減につながるでしょう。」

AMGがこのプロセスの開発で直面した主要な課題の一つは、ガードとプロペラとの接着性に関する点でした。プラスチックへのめっきにはさまざまな技術があり、主に外観、耐食保護、落雷対策、および電磁妨害（EMI）シールドを目的としています。これらの多段階プロセスは複雑で、有害な化学薬品を含み、コストがかかり、主に小型部品の大規模生産向けに適しています。AMGは、このプロセスを数ポンドに達するような重い部品、たとえば耐摩耗ガードに移行した際の接着に関する懸念に注力してきました。 

Dr. Cazzanigaは述べています。「既存の複合構造を変更して電気めっきプロセスを受け入れる方向で作業するのではなく、直接ニッケル堆積が可能で優れた接着性を提供し、組み立て準備が整ったプロペラブレード設計の製造時間とコストを大幅に削減できる、電気めっき対応の複合材ブレードの設計に航空宇宙サプライヤーと共に取り組んできました。」

AMGの直接複合材めっきプロセスは、完全な量産を達成するために認証が必要になります。標準的な前縁ガード戦略の採用と並行してこのプロセスを開発することは、今後十年で大きく拡大すると見込まれるeVTOL市場を支援するうえで非常に有益となり得ます。業界の専門家は、2030年から2034年の間に市場規模が$41.8 billionに達する可能性があると予測しており、個々の航空機は30-50枚のプロペラブレードを必要とすると見込まれています。 

Dr. Cazzanigaは「炭素充填複合材ブレード構造へのニッケル耐摩耗ガードの直接堆積は、材料工学と回転ブレード設計の分野におけるエキサイティングな進展を示します」と述べました。「炭素充填複合材構造に直接ニッケル基材をめっきできる能力は、複数の組立工程を不要にし、全体の製造コストを下げることができると同時に、ニッケル耐摩耗ガードが複合材表面に適切に接着することを確保します。今後の作業では、電着のパラメータ最適化とこの技術を高量産のeVTOLブレード製造にスケールさせる可能性の検討に注力していきます。」