衛星製造のための3Dプリント：ミッションに合わせたカスタマイズ

出典: 3Dプリンティング技術リファレンス

3D プリントの利点はいくら強調してもし過ぎることはありません。航空宇宙、衛星製造などの分野では、ほぼすべての主要航空大国が 3D プリントを高く評価しています。ドイツは、大規模な衛星製造における熱可塑性材料 (PA) 3D プリントの適用性に関する研究を実施しており、米国は金属 3D プリント技術を使用して衛星コンポーネントを直接製造し、衛星 RF フィルターの生産を強化しています。 2018年、嫦娥4号ミッションの鵲橋中継衛星の打ち上げ成功により、我が国では3Dプリント部品の軌道上応用が実現しました。同時に、我が国はこの技術を使用して、衛星プラズマスラスタスクリーンなどの装置も製造しました。

すべての主要航空大国は、3D プリントの応用可能性を積極的に模索しています。本当の違いは、この技術をどのように有効活用するかにあります。今号では、ヨーロッパの航空宇宙メーカーである Thales Alenia Space が 3D プリントを使用して衛星ミッションをカスタマイズする方法を紹介します。

79個の金属部品と350個のプラスチック部品を3Dプリントした軌道上アプリケーション
タレス・アレニア・スペースは、2015 年に 3D プリントを使用して衛星部品を製造し始めました。アルミニウム合金のアンテナブラケットの最初の試みから、それ以降のすべての衛星に 3D プリント部品が使用されるようになりました。2017 年までに、タレス・アレニア・スペースは 79 個の金属製 3D プリント部品と 350 個のプラスチック製 3D プリント部品を軌道上で使用するために宇宙に打ち上げました。

Thales Alenia Space の金属アンテナブラケットは 79 個の部品で構成されており、そのうち 47 個は異なる設計で 13 種類の機能を実行します。プラスチック部品は、推進システムに使用されるブラケットを含め、すべて同じです。これまでに打ち上げられた10機の衛星には、各衛星に35個の3Dプリントプラスチックブラケットが搭載されています。

韓国の通信衛星向けにタレス・アレニア・スペース社が製造したアンテナブラケット（450 x 400 x 210mm）。タレス・アレニア・スペース社が本日開始したスペースバス・ネオ（静止軌道衛星プラットフォーム）プロジェクトでは、3Dプリントを量産化し、より大規模なアプリケーションを実現する計画です。

衛星プラットフォームプロジェクト用の大型金属 3D プリント部品
スペースバス・ネオ衛星には、アルミニウム合金製のリアクションホイールブラケット4個と、アンテナ展開・指向機構ブラケット16個（アルミニウム合金製ブラケット4個、チタン合金製ブラケット12個）が搭載されます。 3Dプリントされたリアクションホイールブラケットは、低コストを求める市場の需要を満たすように設計されています。この新しい設計と製造方法により、コストが約10％削減され、生産スケジュールが1〜2か月短縮されます。さらに、新しいコンポーネントは 30% 軽量化され、パフォーマンスも向上しました。

Konnect 衛星のコンポーネントに取り付けられた 3D プリントブラケット。これらの大型リアクションホイールブラケット (466 x 367 x 403 mm) を製造するために、Thales Alenia Space は、造形体積が 800 x 400 x 500 mm で、現在国際的に使用されている大型金属積層造形部品の専用モデルである Concept Laser Xline 2000R 金属 3D プリンターを使用しました。 3月初旬、プラットフォームプロジェクトの1つであるKonnect衛星に、4つのアルミニウム合金製リアクションホイールブラケットが組み込まれました。

タスクに合わせてカスタマイズ
3D プリントは衛星部品の製造に適しているだけでなく、航空宇宙メーカーに製造プロセスの柔軟性を提供し、必要に応じて高度なカスタマイズを可能にします。言い換えれば、Thales Alenia は、新しいミッションの要件を正確に満たすために必要な設計変更を動的に統合することができます。

今回製造した部品を例にとると、各衛星の4つのリアクションホイールブラケットは実際には2組の対称部品ですが、各衛星のブラケットの向きの角度とインターフェースは異なる場合があります。3Dプリントの自由な製造特性により、一体構造の設計と製造が可能になり、ブラケットの設計は特定の機能と位置に応じて自由に調整できるため、ミッションに合わせて調整できます。

Thales Alenia Space 社が Konnect 衛星用に製造した4 つの 3D プリントブラケット<br /> さらに、Thales Alenia Space はコネクタとケーブルアクセサリを全体設計に直接統合し、単一の部品として印刷することで、追加の組み立て要件を回避しています。

現在確認されている Thales Alenia Space 衛星ブラケット用の 3D プリント部品に加えて、Spacebus Neo プラットフォームプロジェクトでは、近い将来、より有機的に設計された 3D プリント部品も発売される予定です。

私たちが目にする最も一般的な用途は、さまざまな種類のブラケットですが、3D プリントの軽量で複雑な製造特性を最もよく表す製品でもあり、航空機の打ち上げに大きな利点をもたらすことは間違いありません。同時に、最も厳格な品質基準を保証するためには、プロセス全体と各コンポーネントが追跡可能である必要があり、包括的なテストと検査のプロセスは、3D プリントの徹底的な適用にとって重要な保証となります。世界的に有名な航空宇宙メーカーであるタレス・アレニア・スペースは、衛星の 3D プリント部品の設計、製造、応用において目覚ましい成果を上げています。

同様に、我が国は衛星部品の3Dプリント製造においても豊富な経験を蓄積しており、中国航空科学技術公司第五アカデミー、上海航天技術研究院第八アカデミーなどの部門は衛星部品の新たな設計や部品の軌道上応用を進め、良好な成果を上げている。

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