グラスゴー大学が微小重力3Dプリントシステムを開発

2025 年 1 月、Antarctic Bear は、グラスゴー大学の研究チームが微小重力環境向けに特別に設計された 3D プリントシステムを開発したことを知りました。この新しいテクノロジーは、人類が宇宙での製造を理解し実践する方法を変えると期待されています。

△研究者が放物線飛行中の微小重力シミュレーションで3Dプリントシステムを評価

プロジェクトリーダーのジル・ベイレ博士は、宇宙で付加製造を行う際に遭遇するさまざまな問題を解決することが期待される特許を申請しました。たとえば、地球上で使用される従来の 3D プリンターは、材料の流れを安定させるために重力に依存していますが、微小重力環境ではこの安定性が失われ、印刷が失敗します。新しいシステムでは、従来のフィラメントの代わりに粒状材料を使用しているため、無重力状態でもスムーズな操作が保証され、印刷の一貫性が向上するだけでなく、印刷速度も向上します。

協力と支援：多様な力が技術革新を後押しする<br /> このプロジェクトは、グラスゴー知識交換基金、EPSRC インパクト加速アカウント、RAEng 新興技術担当教授など、複数の機関から支援を受けており、研究の進展を促進する上で重要な役割を果たしました。さらに、英国宇宙庁もこの協力に加わり、研究チームが宇宙ゴミの問題に取り組むのを支援し、将来の宇宙探査で軌道上の汚染が増加しないようにしています。

軌道上実証：実用化に向けた重要な一歩<br /> 研究チームは、この技術の有効性を証明するために、新型3Dプリンターが実際の宇宙環境で正常に動作できるかどうかを示すテストとなる、初の軌道上デモンストレーションを実施する予定だ。成功すれば、実用化に向けた重要な一歩となるでしょう。同時に、チームは技術をさらに向上させ、その応用を拡大するために、追加の財政支援を積極的に求めています。

既存の制限への対処: 地球の 3D 印刷システムの障害を克服する
ベイレット博士は、現在、地球軌道に入るすべての機器は地上で製造され、その後ロケットで宇宙に打ち上げられていると指摘した。すべての部品は厳しい重量と容積の制限を満たす必要がある。高価な貨物は、打ち上げプロセス中に過度の機械的ストレスにより損傷を受ける可能性がある。

対照的に、必要な構造や部品を宇宙空間で直接印刷できれば、これらの制限は解消されます。人々は、ロケットの打ち上げ条件に制約されることなく、より大きく複雑なものを構築し、ミッションのニーズに基づいて設計を最適化することができます。

微小重力実験: 理論から実践への重要な移行<br /> 新しいシステムの実現可能性を検証するため、研究チームは欧州宇宙機関が主催する「放物線飛行」活動に参加した。これらの飛行は、急速な上昇と下降によって短時間の無重力状態をシミュレートするため、宇宙技術のテストに最適です。飛行中、研究者たちは90回以上の無重力状態を利用して、3Dプリントシステムを徹底的に評価しました。

結果は、新しい 3D 印刷技術が良好に機能し、印刷タスクを確実に完了できることを示しています。さらに重要なのは、従来のフィラメントプリンターが真空状態で詰まりやすいという問題を解決し、将来の長期宇宙ミッションのための強固な技術基盤を提供することです。

無限の可能性：エネルギーの採取から医療革命まで
ベイレット博士はこの技術の応用シナリオを強調しました。例えば、24時間体制で太陽エネルギーを収集し、低炭素電力を継続的に安定的に供給できる宇宙用太陽光反射板の製造に使用できます。また、地上と衛星間の通信品質を向上させる高性能通信アンテナの構築にも使用できます。さらに、微小重力環境で製造された医薬品の有効性が高まる可能性があるため、製薬業界に革命を起こす可能性もあります。研究によれば、微小重力下で作られたインスリンは地球上で作られたインスリンより9倍も効力があるそうです。つまり、この技術が成熟し、実際の生産に適用されれば、薬の有効性が大幅に向上し、患者に利益をもたらすことになります。

未来を見据えて: 宇宙が次の製造拠点となる<br /> この技術が発展するにつれ、人々はまったく新しい未来を想像し始めています。それは、宇宙が単なる探検の目的地ではなく、活発な製造拠点となる未来です。 2016年、NASAの請負業者であるTechshotは、nScryptおよびBioficial Organsと協力し、Zero Gravityが運航する航空機で生物学的3Dプリンターのテストに成功し、地球上のような追加のサポート材料を必要とせずに、微小重力環境で心臓と血管の構造を正確に印刷できることを証明しました。これは、微小重力環境がバイオプリンティングの精度を向上させ、複雑な組織工学の新たな可能性を切り開く可能性があることを示唆しています。

2024年、AddUpはエアバス・ディフェンス・アンド・スペースと提携し、ESAの「Metal3D」プロジェクトの一環として金属3Dプリンターを開発し、国際宇宙ステーションに送りました。このプリンターは、微小重力や極端な温度条件に対応するのに適したフィラメントベースの 3D 印刷技術を使用しており、宇宙製造技術の進歩を示すものです。

つまり、グラスゴー大学の研究成果は、技術的な進歩であるだけでなく、将来の宇宙探査と人間の生活の質の向上に向けた美しいビジョンでもあるのです。同様のテクノロジーがさらに登場し、発展するにつれて、近い将来、さらに刺激的な変化が起こることが期待できます。

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