ESAの複数の展開では、3Dプリントされた宇宙船部品が全面的に採用されている

宇宙船の製造における 3D プリント技術の利点は、ますます多くの機関に認識されるようになっています。さらに良いことに、業界は、まだ活用できる可能性があることを認識しています。たとえば、3D プリントの特性に基づいて衛星の設計と製造を最適化する方法は、現在の航空宇宙業界の主要な焦点です。

欧州宇宙機関 (ESA) は、ICT 先進製造研究所と協力して有望な材料の開発に取り組んでいます。ここで研究者は、珍しい材料の微細構造や材料の溶接方法を研究することができます。同時に、同研究所では3Dプリントに加え、さまざまな製造プロセスの組み合わせも模索している。

研究所の設備も急速に拡大しており、平均して2か月ごとに新しい機械が、6か月ごとに新しい技術が導入され、新しい合金が開発されています。研究者は、宇宙船の性能を最大限に高めるために、材料特性と処理を組み合わせる方法を理解する必要があります。

宇宙探査における 3D プリントの使用に関しては、欧州宇宙機関は非常に熟練しており、科学研究機関のリソースをフルに活用しています。 2015 年、欧州宇宙機関はバーミンガム大学と協力し、付加製造技術ソリューションの完全なセットを開発しました。技術の 1 つは、レーザー堆積装置のノズルを設計し、複数のワイヤ供給システムを積層製造プロセスに統合することです。この技術により金属ワイヤ印刷の機能が向上し、金属粉末印刷システムよりも優れた利点が得られます。金属線を印刷材料として使用することで、金属印刷装置はさまざまな合金サンプルを製造できるようになり、印刷プロセス中の材料の利用率が向上し、粉末の溢れによる汚染、設備のメンテナンス、安全性などの問題が回避されます。

さらに、欧州宇宙機関は、上記の技術に関連して、簡素化された金属合金線の製造プロセスも開発しました。基本原理は、金属線が溶融池を通過するときに表面をコーティングすることです。このプロセスにより、従来の方法に比べてコストが 20% ～ 50% 削減され、製造プロセス中のエネルギー消費量が少なくなり、インフラストラクチャの必要性も減り、品質が向上します。

完全な付加的技術ソリューションには、金属印刷プロセス用の新しい熱源も含まれています。現在の金属積層造形システムでは、熱源としてレーザーや電子ビームが主に使用されていますが、このソリューションの熱源は、一連のミラーによって集束された非干渉性光線であり、ビーム源は 200W ～ 1000W の電球です。集中したビームは、対象コンポーネント内の局所的な領域を加熱します。この技術は、現在のレーザーや電子ビーム熱源を置き換えることができ、コストも低くなります。

また、特定の形状の小さな（ミリメートル、センチメートル単位）金属ユニットの使用に基づいた、熱間等方圧プレスによる金属部品の製造システムも含まれています。金属ユニットは大量生産が可能で、自動的に加工できます。この技術の利点としては、製造された製品にはほとんど変形がなく、鍛造、鋳造、機械加工に比べてより複雑な部品を製造できること、複合材料や機能傾斜材料部品を製造できること、より多くの材料とコストを節約できることなどが挙げられます。

基礎研究に加え、欧州宇宙機関は英国ジェットエンジン社と協力してスカイロン有翼航空機の設計も手掛けた。同社の「セイバー」エンジンの目玉は3Dプリントされたインジェクターで、これによりエンジンを0.01秒未満で急速に冷却できる。スペースシャトルは普通の飛行機と同じように離陸、飛行、着陸することができます。

2017年、欧州宇宙機関はPEEKプラスチックを使用した新しい3DプリントCubeSatプロジェクトを開始しました。現在、最初のテスト運転が進行中で、ESA は、内部の電気配線を完備したこれらの 3D プリントされた超小型衛星を商業的に利用することを目指しています。計器、回路基板、ソーラーパネルを接続するだけです。

応用分野における継続的な進歩に加えて。欧州宇宙機関はハードウェア施設の建設にも大きな重点を置いています。欧州宇宙機関は2016年、英国オックスフォードシャー州ハーウェルの拠点に新たな先進製造研究所を設立し、3Dプリントなどの先進製造技術を宇宙探査に活用する可能性を研究している。

欧州宇宙機関のハーウェル研究所には、先進的な金属 3D プリンター、強力な顕微鏡スイート、X 線 CT 装置、一連の熱処理炉が備えられています。ここで研究者は、引張試験や微小硬度試験などの高度な機械試験を簡単に実施できます。研究者は、半導体クリーンルーム、極低温研究所、英国中央レーザー施設、ISIS 中性子源、ダイヤモンド光源など、ハーウェルキャンパス内のさまざまな研究所や施設を利用できます。

欧州宇宙機関は、独自のハードウェア施設に加えて、2017 年に英国製造技術センター (MTC) と協力し、宇宙関連アプリケーション向けの「ワンストップ」積層造形センターである ESA 積層造形センター (AMBC) を設立しました。この新しいセンターは MTC によって管理され、ESA やその他の宇宙探査企業が特定のプロジェクトで 3D プリントの可能性を探求できるようになります。

英国国立積層造形センターは、英国コベントリーにあります。MTC は、3D 印刷に関する指導と専門知識を提供し、ESA に最先端の 3D 印刷装置を提供しています。 AMBC は主に宇宙関連用途の部品の試作や評価に使用されます。

欧州宇宙機関はNASAの最大の競争相手です。欧州宇宙機関は、大学や研究機関との連携を通じて、共通の基礎研究から製品開発、さらには最先端技術の探究に至るまで、一連の利点を有しています。また、欧州宇宙機関は、欧州の強力な科学研究能力を基に、独自の3Dプリントノウハウを迅速に蓄積し、次世代の宇宙船の製造能力を獲得することも可能になります。

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出典: 3Dサイエンスバレー

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