MITのエンジニアが初の完全3Dプリント静電ジェットエンジンを開発

2025年2月25日、アンタークティックベアは、マサチューセッツ工科大学（MIT）のエンジニアチームが、完全に3Dプリント技術を使用して製造された世界初の静電ジェットエンジンの開発に成功したことを最近発表したことを知りました。この画期的な成果は、MathWorks フェローシップと NewSat プロジェクトによってサポートされ、MIT.nano 施設で部分的に実施されました。このエンジンは電界を利用して高速の微小液滴を生成し、推進力を提供するもので、CubeSat などの小型衛星に特に適しています。このエンジンはより迅速かつ安価に生産できるため、従来の製造方法に比べて大きな利点があります。さらに、この技術は軌道上での製造をサポートし、宇宙ミッションの柔軟性と運用能力を高め、ミッション中のリアルタイムの調整を可能にします。

3Dプリント静電ジェットエンジンのモジュール設計

MIT チームはモジュール式のアプローチを採用し、2 つの 3D 印刷技術を統合して、マクロとミクロの両方のスケールでコンポーネントを製造しました。概念実証エンジンには、均一な推進剤の流れを生成するために連携して動作する 32 個の静電インジェクターが搭載されています。 3D プリント装置は、既存の静電ジェットエンジンと同等かそれ以上の性能を実証しました。この技術を使用すれば、宇宙飛行士は地球からの信号を待つことなく、衛星エンジンを素早く印刷できる。

「半導体製造技術の使用は、低コストで宇宙にアクセスできるという考えとは矛盾している」とMITの主任研究科学者ルイス・フェルナンド・ベラスケス・ガルシア氏は言う。「私たちの目標は、宇宙ハードウェアへのアクセスを民主化することです。この研究では、より幅広い関係者が利用できる製造技術を使用して高性能ハードウェアを生産する方法を提案しています。」

静電ジェットエンジンは、マイクロ流体チャネルを通じてランチャーアレイに推進剤を供給します。エミッターの先端の静電場は電気流体力学的効果を生み出し、液体を円錐形の液面の形にし、帯電した高速液滴を噴射して推力を生成します。エミッタチップは、精密な鋭さが求められる低電圧電気流体力学的噴射用に設計されています。流体の流れを調節するために、この装置にはチャネルを通じて推進剤を移動させる油圧システムが含まれています。送信機アレイは 8 つのモジュールで構成され、各モジュールには相互接続されたシステムとして連携して動作する 4 つの送信機が搭載されています。

「これらのサブシステムは規模が異なるため、製造に対する万能なアプローチは機能しません」とベラスケス・ガルシア氏は言います。「私たちの重要な洞察は、望ましい結果を達成するためにさまざまな付加製造方法を組み合わせて使用し、すべてのコンポーネントをできるだけ効率的に連携させる方法を見つけることでした。」

3Dプリント静電ジェットエンジンの製造プロセス

製造プロセスでは、2 光子重合とデジタル光処理 (DLP) という 2 つの光重合 (VPP) 印刷技術を組み合わせています。このハイブリッドなアプローチにより、研究者は 2 光子印刷の精度を利用して細かいディテールを作成しながら、DLP の速度と拡張性を活用して構造のより大きな部分を作成することができました。

2 光子重合では、2 つの光子を使用して高度に集中した点で重合を開始し、複雑なナノスケールの特徴を作成できます。この方法は、鋭いエミッタチップや均一で細い高解像度のキャピラリーなどの微細構造の製造に重要な役割を果たします。これらの発射装置は、マニホールドブロックと呼ばれる長方形のハウジング内に配置され、各モジュールを保持し、発射装置に推進剤を供給します。

MIT の研究者たちは、従来の方法でより大きなマニホールドブロックを製造することは、歩留まりが低く、構築体積が限られているため非現実的であることを発見しました。この問題を解決するために、チームは樹脂の層を投影し、紫外線で硬化させる DLP 技術を使用しました。層ごとに硬化する方法とは異なり、DLP は層全体を一度に硬化するため、生産がスピードアップし、大型部品の製造がより効率的になります。

静電ジェットエンジンの性能向上

研究者らは、製造プロセスを最適化するだけでなく、腐食や劣化を防ぐために印刷された材料が導電性推進剤と適合していることを確認するための化学テストも実施しました。また、機器が効率的に動作するように、コンポーネントの位置合わせとシーリング技術も開発しています。最終的に、この試作機は従来の化学ロケットや既存の静電ジェットエンジンよりも優れた推力効率を実証しました。研究チームはまた、印加電圧を調整することでより広範囲の推力を実現できることを発見した。これは、複雑な流体制御システムを簡素化または排除して、より効率的でコスト効率の高い設計につながることを示唆している。

今後の展開

研究者らは電圧変調の利点をさらに調査する予定です。さらに、彼らは、静電放出プロセスをさらに強化するための新しい電極構成を調査しながら、より高密度で大型のエミッタモジュールを製造する予定です。今後の作業には、完全に 3D プリントされた静電ジェットエンジンを使用して CubeSat の動作と軌道離脱を実証することも含まれる可能性があります。

宇宙船用途の3Dプリント技術の進歩

近年、3D プリント技術は宇宙船部品の製造において大きな進歩を遂げています。
● 2024年初頭、Conflux Technologyはドイツのロケット製造会社Rocket Factory Augsburgと提携し、3Dプリントされた熱交換器技術を軌道ロケットに統合し、宇宙ミッションにおける積層造形の応用における重要な進歩を示しました。
● 米国の金属3Dプリンター開発会社ロソティクスは、同社の軌道上移送機の製造をサポートするため、大型金属3Dプリンター「Haloシステム」を自社内に導入すると発表した。ロゾティクス社は、地球と月の間の安定した重力の場所であるL5ラグランジュ点の軌道に入る前に、月の周りを移動するように設計された複数の自律型宇宙船を配備する計画を立てている。

● イタリアの 3D プリントサービス会社 BEAMIT SpA は、NASA 認定の AlSi7Mg アルミニウム合金を使用して 3D プリントされた航空宇宙部品を Cygnus プログラムに提供しています。このプログラムは、ノースロップ・グラマン社が製造したシグナス宇宙船を使用して、国際宇宙ステーション（ISS）への補給と宇宙探査の推進に重点を置いています。

MITのエンジニアが初の完全3Dプリント静電ジェットエンジンを開発

ミンチー・クオ氏：Apple Watchはポリライト社製の3Dプリント部品を使用する予定

「天に逆らって」挑戦しようとしている3Dバイオプリンティング企業5社は、実際にはうまくいっていない

ポリライトは航空宇宙産業を新たな高みへと押し上げる

ロッキード・マーティンが3Dプリントで追いつく

サンディテクノロジーの4メートル3DP砂型プリンターは鋳造博覧会で設備革新賞を受賞し、3D鋳造は業界の品質と効率の向上に貢献しています。

カーチス・ライト社とシンタビア社、米海軍潜水艦に3Dプリントインペラを提供

618 ショッピングブームが続く中、Snapmaker マシンをお得に購入するためのガイドをご紹介します。

三畳紀T21 FIHの結果が発表され、3Dプリント結腸標的薬物送達プラットフォームの実現可能性が検証されました

新しいガラス3Dプリント技術：室温で成形でき、完成品は高い透明性を実現

SIVóは、付加製造と減算製造を組み合わせたスペインとポルトガル初のメルティオエンジンメーカーとなる

推薦する

BASFのPPパウダーシリーズは、ジョンソンスクリーン社が射出成形部品に匹敵する性能を持つ新世代の廃水ろ過装置を製造するのに貢献しています。

【分析】熱溶解積層法3Dプリンタで形成した金属部品の層間接合に関する研究

ニュージーランド航空、ゼニステクニカと提携して金属航空機部品を3Dプリント

高品質の積層造形サプライヤーの第一陣が正式に発表されました

OECHSLERの3Dプリントハイキングバックパックは、あなたの魂を放浪の欲求で満たします

マキノとドイツのフラウンホーファーが共同で超高速レーザークラッディング技術を5軸CNCプラットフォームに統合

nTopがCloudfluidを買収、数値流体力学シミュレーションソフトウェアの統合をさらに強化

レラティビティ・スペースのテラン1号の打ち上げは失敗し、予定の軌道に到達できなかったが、3Dプリント構造の実現可能性を証明した。

速報：2億元超の金属3Dプリンター50台を発注したXinjinheとSLMはどのような計画を立てているのか？

李暁強：3Dプリントの指導の下でのプレ窓および内部分岐技術の応用によるアーチ上の3つの枝の再構築

20プロジェクト：黒龍江省3Dプリント産業部門の3年間特別行動計画リスト

材料需要が高まる中、カナダのプラズマ噴霧粉末メーカーPyroGenesisは11トンの注文を1件受注した。

バイオ3Dプリンティングが応用段階に突入：インテリジェント製造を支援するために業界への統合を加速

3D プリント技術を使用して、高さ 1.8 メートルのハンドボールスターを「クローン」し、スポーツファンと交流する

漢邦テクノロジー金属3Dプリント金型顧客セミナーが上海で成功裏に開催されました