パデュー大学のチームは、航空宇宙産業の発展を促進するために、Elementumアルミニウム粉末を使用してロケットチャンバーコンポーネントを3Dプリントしました。

はじめに: 再利用可能なロケットの出現により、航空宇宙分野は根本的に変化し、ニッチな研究分野から成熟した産業へと変貌しました。テクノロジーをさらに前進させるために、新世代のエンジニアが可能性を広げています。これらには、垂直離陸と垂直着陸を進歩させるために積層造形と組み合わせた新しい材料を活用しているパデュー大学のパデュー宇宙プログラムアクティブコントロール（PSP-AC）が含まれます。
PSP-AC チームは 50 人の学部生で構成されており、自律着陸ロケット技術を開発することで、大学推進着陸機チャレンジのベンチマークを達成し、それを上回ることを目指しています。研究チームは、二液推進剤ホッパー車両用の推進システム「TADPOLE」を開発しています。 TADPOLE の設計要件には、長い燃焼時間、再生冷却回路、推力偏向制御が含まれます。この目的のために、開発チームはロケット推力室アセンブリ (TCA) の製造に 3D プリントを選択しました。

アルミニウムは、優れた熱伝導性、軽量性、優れた強度対重量比を備えているため、ロケット部品の製造によく選ばれます。しかし、アルミニウムは熱伝導率と反射率が高いため、レーザー粉末床溶融結合（LPBF）プロセスの適用が難しく、積層造形におけるアルミニウムの幅広い応用が制限されています。アルミニウムの印刷性を向上させるための重要な要素の 1 つは印刷速度を下げることですが、これにより全体的な生産効率が低下します。
Elementum 3D は、金属材料の積層造形における最先端の技術を推進している企業の 1 つであり、同社のA6061-RAM2アルミニウム合金はこれらの印刷可能性の問題を解決します。同社によれば、この材料の実際の部品堆積率は、EOS M290 システムで印刷する場合、一般的に使用されている AlSi10Mg よりも約 50% 高く、より経済的に製造できるという。さらに、この粉末は他の粉末よりも表面仕上げが滑らかであるため、熱伝達、熱特性、機械的性能が向上します。
A6061-RAM2 がこのプロジェクトに選ばれたのは、チャンバー圧力 250psi で動作し、550 lbf の推力を提供する TADPOLE に必要な降伏特性を示したためです。 TCA の耐久性が向上したことにより、チームはより広範囲のテストを実施できるようになり、推進システムの設計と実験の経験が向上しました。

「私たちのチームに積層造形の知識、専門技術、技術を提供し、パデュー宇宙計画に関わるすべての学生が従来の考え方の限界を押し広げ、最初のA6061-RAM2推力室アセンブリを印刷できるように刺激を与えることができて光栄です」とElementum3Dの創設者兼社長であるジェイコブ・ニューヒターライン博士は述べています。
Elementum と提携することで、アカデミーチームは業界コラボレーションに関する追加の教育経験を得ることができました。具体的には、Elementum のエンジニアリング専門家がチームを支援し、印刷された部品から粉末を効率的に除去するための設計戦略を開発しました。この方法は、従来の GR-COP 合金の洗浄よりも簡単であることがわかりました。

学生たちは、合金の材料特性に関する包括的なデータも受け取りました。これは他のサプライヤーからは入手が難しい詳細なデータです。この詳細な情報の流入により、推力室コンポーネントの動作とパフォーマンスを正確にシミュレートするために必要な洞察が得られ、エンジンテストの実験結果に対して設計を検証するための基盤が築かれました。
「プロセス全体は、Elementum 3D のサポートによって可能になった、非常に大きなエンジニアリング上の課題と学習体験でした」と PSP-AC のチーフエンジニアである Andrew Radulovich 氏は述べています。「PSP-AC は、これらのシミュレーションと実験の結果を使用して、次世代エンジンを設計します。」

もちろん、この経験は Purdue の学生のキャリアに大きく影響するでしょう。これは Elementum3D にとって過小評価できないメリットです。他の学生宇宙グループで見てきたように、こうした大学の取り組みは世界を変えるプロジェクトにつながる可能性があります。それがRelativitySpaceの場合だ。同社の共同設立者であるジョーダン・ヌーンは南カリフォルニア大学のロケット推進研究所の運営を開始した。ヌーン氏が世界最大の金属 3D プリンターの開発に取り組んでいるのと同じように、パデュー大学のチームもさらに大きくて優れた製品の開発に着手するはずです。

パデュー大学のチームは、航空宇宙産業の発展を促進するために、Elementumアルミニウム粉末を使用してロケットチャンバーコンポーネントを3Dプリントしました。

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