3Dプリンティングが宇宙に進出、人類の「宇宙製造」と「自給自足」への序章を開く

著者: エラ・アトキンス

つい最近、国際宇宙ステーションで、ロシアの宇宙飛行士が3Dプリント技術を使ってマウスの甲状腺を作成しました。これは、人類が宇宙で生物の臓器をプリントした初めての事例です。宇宙で働いたり生活したりするのは容易なことではなく、物資が不足することもよくあります。地球からの「供給」への依存は、人類の深宇宙探査を制限します。 2014年、米国は世界初の宇宙用3Dプリンターを国際宇宙ステーションに納入し、一連の宇宙特有の部品を印刷し、人類の「宇宙製造業」と「自給自足」の始まりを示しました。

一般的に、国際宇宙ステーションに特定のツールや部品が不足すると、宇宙飛行士は地上から物資が届けられるのを何週間、あるいは何ヶ月も待たなければなりません。技術者は宇宙用 3D プリンターを使用して、地球上で物体の製造プロセスをセットアップし、それを電子メールで国際宇宙ステーションに送信しました。プロセス全体にかかった時間は 1 週間未満で、実際の印刷時間はわずか約 4 時間でした。

時間コストに加え、宇宙 3D プリントによって節約される輸送コストも相当なものです。宇宙ステーション、基地、複雑な宇宙船のシステムは、多くの部品で構成されています。建設中は信頼性に努めていますが、部品の損傷やシステムのアップグレードなどの問題に直面しています。多数の既成部品を宇宙に運ぶと、高額な打ち上げコストが大幅に増加します。宇宙3Dプリント技術を活用すれば、原材料と軽量プリンターのみを宇宙に持ち込むだけで、必要な部品を現地で製造できるため、打ち上げ重量を最小限に抑え、作業効率を向上させることができます。将来、人類が他の惑星の表面から原材料を採掘できるようになれば、宇宙に「部品工場」を建設して、宇宙船の打ち上げ重量をさらに減らし、スペースを節約することも可能になるだろう。

宇宙における3Dプリント技術の動作環境は地球上のそれとは大きく異なり、技術的な難易度も異なります。地球上では、3D プリンターによって押し出された加熱されたプラスチック、金属、またはその他の材料が重力によって層ごとに自然に堆積し、3 次元の物体が作成されます。宇宙の無重力状態では、材料が所定の位置に確実に堆積されるように、一定速度で回転する遠心分離機を使用するか、デバイスがスムーズに動作するように 3D 印刷プロセスを変更する必要があります。しかし、元々の地球ベースの 3D プリント技術は、月や火星の微小重力環境に簡単に適応できます。

3Dプリント技術の「飛躍」は、依然として人材不足という問題に直面している。宇宙人員や無人監視がない場合、生産、抽出、輸送、設置を含む印刷プロセス全体で、システムの操作と調整を完了するために、高度に自動化されたロボット、または完全に自動化されたロボットを使用する必要があります。「宇宙でのものづくり」を実現するためには、ロボットによる自動化技術が不可欠です。この技術は、無重力下での3Dプリントよりもさらに複雑で難しいものです。より知能の高いロボットと、異星の惑星での「現地の材料を使用する」技術の進歩によってのみ、人類は原材料の収集、部品の組み立て、さらには宇宙の月や火星での基地建設まで、ロボット組立ラインを通じて完了することが可能になるだろう。

3D プリントは高精度で複雑な幾何学的モデルを設計することができ、その製造プロセスはかつて驚くべきものでした。しかし、伝統的な製造業と比較すると、特殊な材料が必要であったり、大量生産コストが高かったりするなどの要因から、やや「派手」で、一般の人々の日常生活から遠いもののように思えます。しかし、航空宇宙、軍事、臨床医学などの最先端分野では、3Dプリントにより、高度にパーソナライズされた部品やモデルを短期間で生産することができ、ハイエンドの製造業にさらなる後押しを与えています。人々は宇宙3Dプリント技術の将来性に期待を寄せています。

著者: エラ・アトキンス出典: 人民日報

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