3Dプリントが極超音速兵器競争に勝つ鍵となる理由

シリコンオキシカーバイド (SiOC) などのセラミック材料は、信じられないほどの温度に耐えることができます。 3Dプリント技術によって複雑な幾何学的形状に形成できれば、その用途はさらに特別なものとなるでしょう。セラミック材料の 3D プリントは、将来の極超音速ミサイルや航空機の開発の鍵となる可能性があります。

カリフォルニア州マリブに拠点を置く HRL ラボラトリーズは、ボーイングとゼネラルモーターズの合弁会社であり、センサーと材料、情報とシステム科学、応用電磁気学、マイクロエレクトロニクスを専門とする研究開発研究所です。 HRLは2016年に早くも、3Dプリント技術を用いて1,400度を超える温度にも耐えられる超高強度セラミック材料を製造する新技術を開発したと発表しました。この技術は世界の最先端技術です。

HRL 研究所の研究は NASA 宇宙技術研究資金の支援を受けて継続的に進歩しており、この資金は耐熱セラミック製の 3D プリントロケットエンジン部品の分野での HRL の開発を促進してきました。

3D Science Valley は以前、紫外線硬化によるセラミックスのラピッドプロトタイピング用に HRL のプレセラミックモノマー (「プレカーサー変換ポリマー」) を導入しました。これらのポリマーで作られたセラミックスは均一に収縮し、多孔性はほとんどありません。また、形状が複雑なだけでなく、高い強度も示すミニグリッドやハニカム材料を形成することもできます。この高密度フォームセラミックは、推進部品、熱保護システム、多孔質バーナー、マイクロ電気機械システム、電子機器に使用できます。このセラミックは、極超音速機やジェットエンジンに使用され、離陸時の排気ガスによる加熱や高温に耐えられる小型部品を設計者が作成するのに役立つ可能性がある。

高温セラミックスは、シリコン酸化物の融点（1728°C）を超える融点を持つセラミック材料の総称です。高温耐性、高強度、高硬度、優れた電気特性、熱特性、化学的安定性により、高温セラミックスは航空宇宙、原子力、電子技術、機械、化学工業、冶金などの分野で広く使用されています。

高温セラミックの融点は非常に高いため、3D プリントによるセラミック製品の製造はより困難です。しかし、セラミックは鋳造したり簡単に機械加工したりできないため、3D プリントはセラミックの加工における幾何学的柔軟性を飛躍的に高めます。 3D プリントセラミック、特に高温セラミックの応用は、付随する応用空間も開拓されることを意味します。

HRLは現在、2種類のセラミックを3Dプリントできます。 1つは、航空機や宇宙船の耐熱パネルやその他の外部部品に使用できる、大型で非常に軽量な格子構造です。 1 つのカテゴリは、ジェットエンジンやロケットの電気機械システムやアセンブリで使用される、小型で複雑な部品です。

空軍研究所の最近の発表によると、航空宇宙システム局の科学者が熱電対用の新しい放射線シールドを探していたときに、HRL が製造した材料が厳しい空軍の用途の要求を満たす可能性が明らかになったとのことです。
図: 空軍研究所はセラミック材料をテストしています。空軍研究所と HRL の協力は双方にとって有益です。HRL は空軍研究所のサプライヤーとして、その要件を満たす材料を開発しています。空軍研究所は HRL にテスト結果を提供し、双方に貴重なフィードバックを提供することができます。空軍研究所が実施した極度の温度テストにより、HRL の新素材の限界が明らかになり、HRL 研究所は素材にさらに的を絞った改良を加えることができるようになりました。

実験室でのテストから得られるデータは、積層造形技術を使用して製造される次世代セラミックの開発と製造にとって貴重な情報となります。空軍とHRL研究所の協力が成功すれば、極超音速機を開発できる可能性がある。音速の10倍で飛行する超音速航空機に使用する場合、空気摩擦により、どの機体の表面も非常に高温になります。極超音速航空機を製造するには、シェル全体を高温セラミックスで作る必要があります。現在、超音速飛行中に発生する極度の熱と圧力に耐えられる素材は存在せず、3D プリントされたセラミックスがこの課題の解決策となる可能性があります。

出典: 3Dサイエンスバレー

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