欧州、衛星部品の積層造形技術を開発

出典: 宇宙地球統合情報ネットワーク

積層造形（AM）は最も破壊的な新興技術の 1 つと見なされており、その根本的に新しいアプローチは「第 4 次産業革命」の原動力の 1 つになりつつあります。革新的な航空宇宙サプライヤーである SWISSto12 は、欧州宇宙機関 (ESA) の ARTES 先進技術プログラムの下で、重要な衛星コンポーネントの製造のための特許取得済みの AM ベースの技術を開発し、無線周波数 (RF) アプリケーション向けの新しいソリューションを切り開きました。

3D プリンティングとしても知られる付加製造は、最近一般的になり、その可能性が急速に実現されつつあります。たとえば、彫刻のようなオブジェやフィギュア、鮮やかな色彩のプラットフォーム型ポリマーシューズやスニーカー、ミニチュアナイロンフィリグリー効果のあるエッフェル塔、さらには6つの簡単なステップで自宅で3Dプリントできるスマートフォンケースなどです。 AM はデジタルファイルを制御として使用し、オブジェクトをレイヤーごとに印刷します。このプロセスは、物体や金型を形成するために、切断、溶解、機械加工などにより大量の材料を除去する従来の「減算型」製造方法とは対照的です。

AM は、新しい「驚異のプラスチック」を生み出すだけでなく、これまで使用できなかった複雑な材料の設計を可能にする可能性を秘めており、処理されたコンポーネントの物理的な適用だけでなく、全体的な設計と統合プロセス技術においても大きな成果を達成します。

ESA は、モバイル通信アプリケーション用の RF ユーザー端末のフロントエンドコンポーネントを印刷するための AM の適合性をテストするために SWISSto12 をサポートしています。市場では、通信サービスを最終的に現実的な市場価格で提供できるように、そのようなコンポーネントを小～中量 (1～10,000 ユニット) で合理的なコストで生産することが求められています。この場合、生産量が少ないため、ユーザー側の価格がサービスの総価格に大きな影響を与え、射出成形や自動機械加工などの従来の製造技術では低コストの大量生産規模を実現するには不十分です。

付加製造 (AM) は、複雑で統合されたカスタマイズされた製品を低コストかつ短いリードタイムで製造できるようにすることで、多くの業界に革命を起こす可能性を秘めた新興技術です。 (画像提供: Andrey Suslov /Shutterstock)

しかし、AM を使用する最大の利点は、従来の方法では実現不可能な、AM 固有の設計と製造の柔軟性にあります。 AM を使用することで、設計エンジニアはより軽量、小型、高性能な RF コンポーネントを作成できます。

ESA の支援を受けたこの作業により、デュプレクサ、OMT (直交モードトランスデューサ)、アンテナアレイ、および関連するフィードコンポーネントを含む商用端末の 3 つの異なるコンポーネントが成功裏に製造されました。部品はポリマー材料から作られ、ステレオリソグラフィー（レーザーベースの 3D 印刷）を使用して製造されます。コーティングは、SWISSto12 独自の無電解銅プロセスを使用して適用されます。この新しいプロセスにより、優れた RF パフォーマンスに必要な非常に重要なメタライゼーション層 (銅上の銀など) を適用できるようになります。

ESA の技術責任者である David Seguin 氏は、次のように述べています。「このキャンペーンで製造されたコンポーネントの重要な特徴は、従来のコンポーネントと比較して最大 5 倍の大幅なコンポーネント質量の削減です。AM を使用すると、従来の処理技術では製造できないより高度な設計が可能になり、結果として RF パフォーマンスが向上します。質量と体積の削減は宇宙アプリケーションにとって重要であることは認識されていますが、地上ベースの機器にとっても重要です。地上ベースの機器では、アンテナ信号チェーンを形成する RF コンポーネントも、システムの重量バランスと機械的サポートの一部として機械設計に組み込む必要があります。質量と体積が削減されると、地上ベースの機器の RF と機械構造のより効率的で実現可能な共同設計が可能になります。これは、モバイルアプリケーション分野で特に重要です。」

ESA / SWISSto12 チームは、高度な AM テクノロジーを使用して、再現性のある製造が可能な主要コンポーネントを製造しました。 (画像提供: SWISSto12 / ESA) 「私たちは最も複雑な (RF) コンポーネントのいくつかを研究し、この技術が非常に有望であることを実証しました。特に、複数の部品から成るアセンブリを単一のモノリシックコンポーネントに置き換える可能性、および従来の方法では製造できない高度な設計を使用することでデバイスの RF パフォーマンスを向上させる可能性が実証されました」と、SWISSto12 の RF プロジェクトマネージャーである Alexandre Dimitriades 博士は述べています。「この反復的な研究サイクルの最後に、プロジェクト開始時には構造の複雑さのために完全に不可能と思われたパフォーマンスを達成することができました。これは、過去数年間の AM 分野における一般的な技術進歩と、SWISSto12 が達成した技術成熟度によって可能になりました。」

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