国際宇宙ステーション初の金属3Dプリント部品の舞台裏

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-9-8 09:17 に最後に編集されました

南極のクマの紹介: 2024 年 8 月、国際宇宙ステーション (ISS) は、宇宙で初めて金属部品の 3D プリントに成功するという歴史的な進歩を達成しました。この成果は宇宙での製造における大きな飛躍を意味し、軌道上での製造と修理に依存する将来のミッションへの扉を開くものとなる。欧州宇宙機関 (ESA) が主導するこの画期的なミッションは、微小重力下での金属部品の印刷が可能であるだけでなく、将来の宇宙探査にとって不可欠であることを実証しています。

金属3Dプリンターが国際宇宙ステーションに到着

エアバスとそのパートナーが欧州宇宙機関（ESA）の資金提供を受けて開発した金属3Dプリンターは、2024年1月に国際宇宙ステーションに到着する予定だ。このプリンターは、微小重力下で金属部品を製造する可能性を実証するために設計されています。 2024年5月、プリンターは国際宇宙ステーションのコロンバス実験モジュールに正常に設置され、ESAの宇宙飛行士アンドレアス・モーゲンセンの指導の下で最初の操作を完了しました。

この画期的な実験は、複数の組織の緊密な協力があってこそ可能となります。この3Dプリンターの開発はエアバス・ディフェンス・アンド・スペースが主導し、フランスの金属積層造形ハードウェア企業AddUp、クランフィールド大学、ハイフテック・エンジニアリングもプロジェクトに重要な支援を提供した。すべての関係者の協力により、この最先端技術の導入が成功し、将来の製造開発への道が開かれました。

宇宙における3Dプリントの重要性

宇宙で金属部品を生産することは、宇宙ミッションの自給自足性の向上を意味します。宇宙探査コンポーネントの従来の生産は、地球上での製造と輸送に依存しており、コストがかかり、物流も複雑です。国際宇宙ステーションで金属 3D プリントを行うことで、宇宙飛行士は軌道上で直接ツールや部品を製造できるようになり、時間とコストを節約できます。これは、火星や月の探査などの長期ミッションにとって特に重要です。

微小重力環境の複雑さのため、宇宙での 3D プリントプロセスは地球上の従来の製造方法とは異なります。エンジニアは、これらの課題に適応し、宇宙での部品製造の実現可能性を確保するために、新しい技術を開発する必要があります。国際宇宙ステーションは、これらの技術的課題を探求し解決するための理想的な実験プラットフォームを提供します。

△3Dプリントされた部品は上下逆さまにプリントされているように見えますが、空間に上下はありません
宇宙3Dプリントを実現する方法

プリンターが国際宇宙ステーションに到着したら、設置が重要なステップとなります。宇宙飛行士のアンドレアス・モーゲンセンは、プリンターをコロンバスモジュールに固定し、機器と宇宙飛行士を保護するためにドアが密閉されていることを確認する責任を負っていました。高出力レーザーの安全性を考慮すると、有害なガスや粒子が宇宙ステーションに漏れるのを防ぐために、プリンター内の環境を厳密に管理する必要があります。これには、金属印刷プロセス中の高温による燃焼のリスクを軽減するために、内部空気中の酸素含有量を減らすことも含まれます。

従来のプラスチックフィラメントプリンターとは異なり、3D 印刷プロセスはステンレス鋼フィラメントの堆積から始まります。これらのステンレス鋼線は、最高 1200°C の温度で高出力レーザーを使用して溶融されます。レーザーは金属線を溶かし、それを動くプレート上に層ごとに堆積させ、徐々に部品を作り上げていきます。

△このプリンターは、2016年からクランフィールド大学と航空宇宙請負業者のハイフテックエンジニアリングの協力を得て、AddUpとエアバスによって開発されました。ワイヤー制御エネルギー蓄積（DED）システムです。正式な生産前に、チームはワイヤー供給システム、レーザー、移動プレートなど、プリンターのさまざまなコンポーネントが正常に動作できることを確認するために、複数のデバッグテストを実施しました。これらのテストにより、微小重力環境におけるプリンターの性能が検証されました。

印刷プロセスの開始点は、プリンターが材料を適切に配置できることを示す単純な 2D 文字「S」を作成することです。その後、チームは 2D 印刷から 3D 印刷に移行し、複数の層を積み重ねて 3 次元オブジェクトを形成する必要がありました。この移行には多くの課題があり、特に微小重力下での位置合わせの問題が伴います。エアバスとCNESのチームは、金属の各層が正確に適切な高さになるように、印刷プロセスを綿密に監視および調整します。

2024年7月中旬までに、チームは最初のサンプルの半分に相当する55層の印刷に成功した。これが「巡航フェーズ」の始まりとなり、印刷プロセスを最適化し、印刷時間を 1 日あたり 3.5 時間から 4.5 時間に増やすことで効率が向上しました。次に、ESA は宇宙で印刷された金属部品と地球上で印刷された同様の部品を比較し、微小重力が 3D 印刷に与える影響を研究する予定です。これは将来の印刷技術の改善と宇宙製造の信頼性の向上に役立ちます。

宇宙用金属部品の初の印刷成功は、宇宙製造における大きな進歩を意味します。この技術の開発は、深宇宙探査や長期宇宙ミッションに強力なサポートを提供し、航空宇宙分野における 3D プリンティングの大きな可能性を予感させます。

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