ドローンの課題。

無人航空機（UAV）は数十年にわたり、主に軍事組織の監視や戦術任務に使用されてきました。しかし、農業、野生生物管理、気象科学といった業界では、ドローンの普及は高額なコストという制約に直面しています。顧客ごとに異なる要件があり、例えば気温や気象条件の予測、カメラやその他のペイロードの種類、燃料源と目的地までの距離などが挙げられます。ほとんどのドローンモデルでは大量生産された部品が使用されていますが、こうした細部の差異により、ある程度のカスタマイズが必然的に必要となります。

ドローンの最も重い部品はバッテリーボックスであることが多いため、Nextech は 3D プリントを使用して他のコンポーネントの重量を最適化し、強度や積載量を犠牲にすることなくドローンがより遠くまで飛行できるようにしています。

従来の製造技術では、このようなカスタマイズは困難です。金型製作、機械加工、ウォータージェット、レーザー切断などの手法は、特に複雑な形状が必要な場合はコストがかかります。3Dプリンティングは、ドローンメーカーにとって複雑な形状やカスタマイズされた製品をより手頃な価格で製造する機会をもたらしましたが、適切な技術と材料を見つけることが、その普及を阻む要因となっています。Fuse 1+ 30WのSLSワークフローにより、Nextechは迅速な試作、顧客からのフィードバックに基づく反復的な改良の強化、そしてカスタムパーツの合理的なコストでの大量生産を実現しています。

組織内で SLS システムを実装します。

Fuse 1+ 30W SLSプリンターを製造拠点に導入する前、Nextechは試作段階での部品の3Dプリントや機械加工を外注していました。「地元の大学にある大型のEOS産業用マシンで小型部品を一括で3Dプリントしていましたが、部品が戻ってくるまでに数週間もかかっていました」とKroone氏は語ります。

3Dプリンターを組織に導入したことで開発期間が短縮され、チームは顧客とより緊密に連携できるようになりました。「顧客向けのカスタムプロジェクトに取り組んでいるため、複雑で精緻な部品と優れた表面仕上げを備えたプロトタイプを迅速に作成する必要があります」とクローネ氏は述べ、さらに「ブラケットを追加して強度、感触、重量をテストしたり、断熱性を高めるためにガスケットを追加してフィット感と機能性をテストしたりすることで、顧客に提供する最終ソリューションが高品質であることを確認します」と付け加えました。

このような反復的なリズムは、製造をアウトソーシングする場合、事実上不可能です。改善ごとに数日または数週間待つと、納期が近づき、機能テストの実施量も制限されてしまいます。「社内に独自のプリンターがあれば、生産規模を拡大し、材料使用量を最適化できます。非常に高価で時間のかかる射出成形金型を使用せずに、プラスチック部品を製造できます」とクローネ氏は述べています。


カスタム設計のメタンガスセンサーは、SLS Fuse 1+ 30Wプリンターとナイロン12粉末を用いて3Dプリントされました。社内生産により、設計・製造コストを削減しました。	同様に、このカスタム設計のバッテリーチャージャーは、Nextech の社内製造により、ナイロン 12 パウダーを使用した Fuse 1+ 30W プリンターを使用して印刷されており、柔軟性が向上し、顧客の設計概要に対する応答が迅速化されます。

補完的なテクノロジーを使用して作成された複雑な部品。

農業、環境、野生生物調査用の各種カメラやセンサーなど、顧客固有のペイロードは、ドローンのフレームに取り付けるためのカスタム設計のマウントが必要です。これらのマウントはプロジェクトごとに異なります。ペイロードを燃料源から離れた場所に取り付ける必要がある場合、長距離飛行で熱が蓄積される可能性があるため、あるいは異なる角度で固定する必要がある場合もあります。

強度と耐久性が求められるこれらの取り付けブラケットの設計・製造において、NextechはSLS 3Dプリント、複合材料、機械加工を組み合わせました。Nextechの強みは、これらの技術を互いに置き換えるのではなく、補完し合う形で適用していることです。

「従来の機械加工と SLS 3D プリントを組み合わせることで、私たちが行うすべてのものの製造の次の時代が到来したと私は考えています。」

Nextech の機械設計エンジニア、Liam Kroone 氏。

Atlas T クワッドコプターモデルは、SLS 3D プリント部品 (アンテナブレード、ジンバルカバー、メタンセンサー)、機械加工金属部品、カーボンファイバーコンポーネントを組み合わせて使用し、ペイロードを最適化し、最高のパフォーマンスを実現するための特定の形状の作成を可能にします。

融解測定

Nextech社のモデルの一つは、翼幅3.2メートル、航続距離100キロメートルの固定翼ドローンです。フランス政府との共同プロジェクトでは、このドローンが北極圏の氷床の劣化状況の調査・スキャンに使用されています。このドローンには、海洋が氷床の融解速度に与える影響を測定するため、特別に設計されたマルチスペクトル画像撮影装置と熱画像撮影装置が搭載されています。Nextech社のチームは、繊細なペイロードを支えるための専用マウントと構造部品、そして過酷な環境でも動作可能な翼端を設計する必要がありました。

「ドローンの質量や環境が変化すれば、翼端の形状もそれに応じて変更する必要があります。そのため、試作段階でこれらの変数が変化する中で、動作原理が正確に分かる前に機械加工を行うのは、非常にコストがかかります」とクローネ氏は述べた。

最終的に翼端は炭素繊維複合材で作られる予定でしたが、複合材の金型製作には時間がかかり、機械加工には莫大な費用がかかります。Fuse 1+ 30Wマシンでナイロン12粉末を使用することで、チームは最終的な炭素繊維部品に近い重量を維持しながら、複雑な形状の実験を行うことができました。

「アルミニウムやカーボンファイバーで作ろうとすると、プロジェクトの開始当初から適切な金型を作るのは非常に複雑です。Fuse 1+ 30Wを使えば、複雑な形状でも複数のバージョンを試したり、プロジェクトの変更に合わせて最小限の労力で新しいデザインをプリントしたりすることができます」とクローネ氏は語った。


Nextech の固定翼ドローンのこのレンダリングは、その大きさとデザインの複雑さを示しています。	Nextech チームは、カーボンファイバー成形と Fuse 1+ 30W マシンおよびナイロン 12 パウダーを組み合わせた設計プロセスを使用して、固定翼ドローンの機能的な翼端を迅速に反復してテストしました。

100個単位の生産：機能部品の一括生産。

マルチロータードローン「Atlas T」向けに、チームは伝送技術を特定の角度と距離に設置するための複数のバージョンを開発しました。設置方法は性能に影響を与え、アンテナとGPSの正確な位置合わせは伝送距離とデータ品質を向上させます。長距離アンテナ追跡技術は導電性やかさばる材料によって妨げられることが許されません。そのため、ペイロードとアンテナマウントの両方をカスタマイズするには、複雑な形状と、非導電性材料を用いた広範なテストと改良が必要です。

クローネ氏はFuse 1+ 30Wプリンターを用いて、スマートなスナップイン式バッテリーホルダーを開発しました。このホルダーは、実際のドローン用途を想定し、外部部品と内部部品の両方をナイロン12パウダーで印刷しています。内部部品のサイズと大量生産のため、CNCマシンでの効率的なプログラミングは困難でした。「これは小さな部品なので、CNCマシンにセットアップするには時間がかかりますが、Fuse 1+ 30Wなら一度に100個を印刷できます」とクローネ氏は述べています。

Atlas T クワッドコプタードローンで実際に使用するためのバッテリーホルダーは、Fuse 1+ 30W SLS 3D プリンターとナイロン 12 粉末を使用して印刷されました。

その結果は数百万ドル相当の機器に匹敵します。

SLSとCNC技術を組み合わせることで、Nextechは設計・製造プロセスにおける柔軟性を大幅に向上させました。Fuse 1+ 30Wマシンでは、バッチ生産や複雑な形状の加工が可能で、同時に他の部品用の高強度アルミニウム部品の加工も行えます。SLSマシンを評価する際には、CNCマシンと同等の品質を実現できるマシンを見つけることが重要でした。そして、Fuse 1+ 30Wがその条件を満たしていました。「これは本当に素晴らしい技術です。私たちはCNCマシンに数百万ドルを投資してきましたが、Fuse 1+ 30Wの生産能力はCNCマシンと同等です。しかし、このマシンの価格は6万ドルです」とKroone氏は述べています。

Nextechのドローン導入が成功するたびに、市場の認知度と顧客需要が高まります。Nextechは、Fuse 1+ 30Wを一貫して円滑に運用できる必要があります。「高品質なドローンを短期間で製造するには、再現性と信頼性が不可欠です。多くのSLSプリンターはプリントエラーや故障が多いことで知られていますが、Fuse 1+ 30Wは高品質なマシンで、優れたサポート体制も備えています」とKroone氏は述べています。このマシンの信頼性と、Formlabsの世界クラスのサポート体制へのコミットメントが相まって、継続的な生産を可能にしています。

ドローン業界は競争が激しく、各社は政府、研究、農業分野からの大型契約獲得を競い合っています。リーダーシップを維持するために、ドローンメーカーは常に技術をアップデートし、各プロジェクトに合わせてカスタマイズ可能なオプションを提供する必要があります。Nextechが競合他社と一線を画しているのは、3DテクノロジーとSLSおよびCNC加工による自社製造能力です。

「今すぐ言えるのは、バッチ生産用のこの種の設備をまだ持っていない企業は、将来の方向性を真に理解していないということです。必要なときに利用できる社内生産ワークフローがないことで、自らを制限しているのです。」

Nextech の機械設計エンジニア、Liam Kroone 氏。

Fuse Sift は、材料の安全かつ効率的な脱粉およびリサイクルプロセスを可能にします。

Nextechは、従来の製造技術と社内の高度な積層造形ワークフローを統合することで、ドローン業界のリーダーへと成長しました。FormlabsのFuseシリーズSLSプリンターの信頼性により、同社は俊敏性を維持し、変化するサプライヤーと顧客の要求に迅速に対応し、製品を継続的に改善することが可能になっています。