ロケットエンジンの軽量構造の設計と3Dプリントの検討

ロケットエンジンの軽量構造の設計と3Dプリントの検討
この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-7-4 10:01 に最後に編集されました。

粉末床選択的レーザー溶融に基づく金属 3D 印刷技術により、設計者は複雑で軽量な構造部品を製造する際に、より広い設計空間を得ることができます。複雑な構造を実現する金属 3D プリント技術と独自のモデリング ソフトウェアの利点を活用することで、設計者はさまざまな軽量構造を実現できます。モナッシュ大学の研究チームは、金属 3D プリント装置と軽量構造設計のアイデアを通じて、ロケット エンジン部品の再設計と研究を行ってきました。この研究プロジェクトの研究成果の 1 つが、ロケット エンジン用の軽量 3D プリント部品です。

EOS M280でプリントしたロケットエンジン軽量部品のプロトタイプ軽量化を実現する方法:付加設計思考+金属3Dプリント

モナッシュ大学は航空宇宙分野の付加製造の分野で長年の経験を持っています。同大学の科学研究チームと大学の技術を産業化する企業であるアマエロエンジニアリングは、フランスの航空宇宙企業サフラングループと協力して2つの3Dプリントジェットエンジンを開発し、現在は商業化段階に入っています。モナッシュ大学と Amaero Engineering は、航空機エンジンの積層造形に関する研究に加えて、Betatype と協力して、Betatype の複雑な格子モデリング ソフトウェア プラットフォーム Engine-Platform を使用してロケット エンジン用の軽量部品を開発しています。

研究プロジェクトの最終年度に、モナッシュ大学のチームは、3D プリントの特性を具体化した一連の概念的なロケット部品を開発しました。その 1 つは、ロケット壁内に適合冷却サンドイッチ構造を備えた軽量部品です。構造の設計は非常に重要であるため、モナッシュ大学のチームは、部品のマイクロ格子構造を指定するための独自のスクリプトを開発しました。Engine-Platform ソフトウェアのオープン Arch 形式により、研究チームはグリッド構造の作成によって生成される大量のデータを回避することができました。ソフトウェア内の抽象アルゴリズムにより、CAD モデル データの複雑さが大幅に軽減され、モデル データの管理が容易になります。



軽量ロケットエンジン部品のプロトタイプの設計が完了した後、モナッシュ大学は EOS M 280 金属 3D 印刷装置とステンレス鋼 316L 材料を使用して一連の部品プロトタイプを製造し、Concept Laser X-Line 金属 3D 印刷装置を使用して一連のより大きな部品プロトタイプを印刷しました。

軽量化を実現するには主に 2 つの方法があります。マクロレベルでは、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、セラミック、プラスチック、ガラス繊維、炭素繊維複合材などの軽量材料を使用することで実現できます。ミクロレベルでは、高強度構造用鋼などの材料を使用することで、部品をよりコンパクトかつ小型化して設計することができ、軽量化につながります。 3D プリンティングは、特殊な軽量構造設計を実現することで、軽量化を実現する新たな可能性を提供します。

軽量構造部品を設計する際には、部品全体の機能実現を組み合わせ、隙間精度、空隙率、隙間形状、隙間サイズ、気孔分布、接続性などの要素を総合的に考慮する必要があります。軽量構造部品は、基本構造、外観構造、超軽量構造で構成されており、このプロセスで設計能力のレベルが反映されます。

国内外の金属3Dプリント企業の中でも、イギリスのレニショーや西安ポリライトなどの金属3Dプリント企業も、積層造形による軽量構造の探究を幅広く行っています。例えば、ポリライトは中空中間層、薄壁補強、中空格子、機能統合という4つの典型的な軽量構造を研究しており、軽量構造と金属3Dプリント装置の設計を通じて、航空宇宙、自動車などの機械の軽量部品の製造にソリューションを提供しています。
設計ソフトウェアの分野では、AltairのsolidThinking Inspireトポロジー最適化ソフトウェアも、軽量3Dプリント部品の設計に広く使用されています。たとえば、ドイツのドレスデン工科大学の研究チームは、Inspireソフトウェアを使用して、金属3Dプリントに基づくステアリングコラムベースを再設計し、必要な部品の数を4つから1つに減らし、重量を35%(500gから330g)削減しました。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
【詳細解説】航空機エンジン整備における3Dプリント技術の応用
3Dプリントされた金属アンテナアレイは軍事や航空宇宙分野で使用可能


ロケット、ロケットエンジン、始動、エンジン、動機

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