Relativity Space が 3D プリンターを使ってロケットを建造する方法

はじめに：昨日、Antarctic Bearは、国内の民間航空宇宙企業が3Dプリント技術を使用してロケットエンジン部品を製造しているという記事をまとめました。ある読者が、Relativity Spaceという会社に注目するようメッセージを残しました。実際、Antarctic Bearは、この会社が3Dプリント技術を使用してロケットを製造している様子をこれまで何度も報じてきました。彼らはロケットに3Dプリント技術をさらに導入し、「完全に3Dプリントされた」ロケットを打ち上げました。

この記事では、参考として、Relativity Space が 3D プリント技術を使用してロケットを製造する方法についてさらに詳しく説明します。

△レラティビティ・スペース社が開発したロケットエンジン

△Relativity Spaceがロケットを3Dプリントする方法を説明するビデオ
最初の3Dプリントロケットの打ち上げは失敗したが、成功だった

2023年3月23日、世界初の3Dプリントロケットは3回目の打ち上げに一定の成功を収めたが、第2段の点火中に異常が発生し、軌道に乗ることができなかった。この打ち上げは「失敗」したが、これまで誰もこれをやったことがなかったため、3Dプリントロケットにとっては大きな前進であった。

△第1段エンジン駆動段階では、ロケットの速度は時速7000キロ以上に達した。今回打ち上げられた「3Dプリントロケット」は、Relativity Space社が開発した「Terran 1」と呼ばれるもので、打ち上げ試験のため、ロケットには衛星やその他の製品は搭載されておらず、プリントに失敗した一部の部品のみが搭載されている。このロケットは高さ33メートル、幅2.3メートル。第1段に3Dプリントエンジン9基、第2段にエンジン1基を搭載した2段式の使い捨てロケットである。すべてのエンジンは完全に 3D プリントされており、燃料として液体酸素と液化天然ガスを使用します。

Terran 1シリーズロケットは、ほぼ完全に3Dプリント技術によって構築されたロケットであり、つまり、胴体全体とエンジンのほぼすべての部品が、自社開発のDED金属3Dプリンターまたは金属PBF 3Dプリンターによって印刷されていることを意味します。同社は、3 台の大型 EOS M400 システム、4 台の Velo3D Sapphire システム、および自社開発された巨大な Stargate 金属 DED システムを保有しているとみられる。

△DED技術によるロケット金属部品の3Dプリント △Relativity Space本社のDED 3Dプリンター △Relativity Space工場のPBF金属3Dプリンター △Relativity Space工場の大型DED 3Dプリンター
自社開発の大型DED金属3Dプリンター

Relativity Space 社は、ロケット部品を 3D プリントするために、大型金属部品のプリントに適した独自の DED 金属 3D プリンターを開発しました。 2022年10月、Relativity SpaceはStargate 3Dプリンターの第4世代バージョンを発売しました。第4世代版の印刷速度は第3世代版の7倍！長さ36.6m、幅7mまでの部品も生産可能！生産能力は第3世代の55倍！

Relativity Space 社によると、第 4 世代のシステムは、水平製造を可能にし、複数のラインを 1 つのプリントヘッドに供給することで、「従来の印刷の限界を打ち破る」とのことです。同社は、最大2万キログラムの貨物を低地球軌道（LEO）に打ち上げることができるほぼ完成したロケット、テランRの部品を開発・製造している。

Relativity Spaceの共同創設者兼CEOのティム・エリス氏は、「航空宇宙の将来における大型機器に3Dプリント技術が採用されることは避けられません。製品が軽いほど、性能は向上します。3Dプリントを使用して飛行製品を製造する場合、改良を重ねるごとに生産がより速く、より安価になります。当社はまだプリント技術による部品の開発の初期段階にあり、技術の反復の可能性は依然として高いです」と語った。

印刷品質について言えば、新しい Stargate には、コンピュータービジョン、センサー、テレメトリを組み合わせてリアルタイムのプロセス監視を可能にする高度なリモートセンシングテクノロジーが搭載されています。プリンターのソフトウェアは機械学習の手法を活用しており、より複雑で大型の金属部品の作成が可能になります。

第4世代DED 3Dプリンターは、部品点数を大幅に削減できる「Terran」R製造の主力生産ツールとなる。さらに、このロケットは自社で開発された独自の材料を使用する予定で、より軽量で加工が速いと言われており、下流のコスト削減につながるという。

今後数年間で、新しいスターゲイトシステムは、100 分の 1 の部品を使用して数か月でロケットを生産できるようにすることで、サプライチェーンを劇的に変えることになります。その結果、最新のシステムは航空宇宙分野の進歩と革新を加速させると同時に、収益性の高い航空、エネルギー、防衛分野でも利益を上げることができます。

△左：テラン1ロケット右：ペイロード容量が20倍のテランRロケットティム・エリス氏は次のように付け加えた。「スターゲイト3Dプリンターは、大規模製造製品にイノベーションの機会を提供します。高い適応性、拡張性、自動化プロセスにより、ソフトウェア主導の製造を通じて、従来の航空宇宙メーカーが製品の開発と構築に何年も費やしていた時間が数か月に短縮されます。3Dプリントは製造業界のイノベーションのペースを変える力を持つ自動化技術であると信じており、だからこそ私たちは初日から独自の技術ライブラリの構築に投資してきたのです。」

創業者のティム・エリスは、ロケット全体を3Dプリントすることを最初に思いついた人物ではありませんでした。当時、NASAのロケットではすでに3Dプリントされた部品が使用されていましたが、彼らはロケットの製造コストを数億ドルから数百万ドルに削減し、研究開発と生産の当初の意図を維持することを決意しました。開発中の積層造形プラットフォームは、60日以内に10分の1の部品数でロケットを製造できる大型3Dプリンターです。 3D プリンターは、レーザーを搭載した複数の Kuka ロボットアームを使用し、レーザーの焦点にアルミニウム線を送り込んで部品を 3D プリントします。印刷プロセス中に材料を溶かして融合するために、Stargate は高出力レーザーとプラズマアーク技術を使用します。
2024年6月、Relativity Spaceが公開した最新のビデオでわかるように、チームはAeon Rエンジンの長時間テストを開始し、Terran Rの第1段飛行の最大時間に余裕を加えた180秒間、100%のパワーで点火しました。

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