3DCeram、ThrustMeの宇宙推進システムに3Dプリントセラミック部品を提供

2023年7月5日、アンタークティックベアは、フランスの3DプリントOEM（相手先ブランド供給）およびサービスプロバイダーである3DCeramが、フランスの宇宙スラスタメーカーThrustMeの公式サプライヤーに選ばれ、同社の宇宙推進システム用の3Dプリントセラミック部品を提供すると知りました。
ThrustMe は今後、3DCeram のセラミック付加製造に関する専門知識を活用し、航空宇宙用途におけるセラミック材料の可能性を追求する予定です。 ThrustMe の 3D プリントセラミックへのアプローチは、従来の製造材料と技術の限界を克服するように設計されています。同社は、セラミック積層造形は従来の製造方法よりもコンパクトで効率的かつ信頼性の高いソリューションを提供すると主張している。
3DCeram の営業担当者 Arnaud Roux 氏は次のようにコメントしています。「3DCeram としては、ThrustMe との協力関係を誇りに思います。3D プリントされたセラミック部品の宇宙への打ち上げ成功は、積層造形の応用における大きな節目です。また、従来の製造上の限界を超えて、複雑でカスタマイズされた部品を効率的に製造できる新しい時代の到来を告げています。この大きな進歩は、3D プリントが製造ツールとして実行可能であることを証明するだけでなく、将来に向けてさらに開発を進め、大きな可能性を切り開くための刺激にもなります。」
△ 3DCeram 3Dプリンター。写真提供：3DCeram。
ThrustMeが積層造形に着手
2017 年に設立された ThrustMe は、電気推進システムの小型化を専門とする新しい分野の主要プレーヤーの 1 つになりました。
「ニュースペース」時代とは、民間企業が推進する宇宙産業の最新の開発と進歩を指します。 ThrustMeのプロダクトマネージャー、エレナ・ゾルゾッリ・ロッシ氏は、急速な技術進歩が宇宙の商業化の継続を推進していると語った。ゾルゾリ・ロッシ氏は、宇宙産業をさらに発展させるためには、企業はより多くのリスクを取り、迅速に反復し、新しいアイデアを試す必要があると主張している。「生産チェーン全体が、新しいスペースや納期のコストに対応できるように準備する必要がある」とゾルゾッリ・ロッシ氏は付け加えた。
2020年、ThrustMeは宇宙で世界初のヨウ素燃料電気推進システムの実証に成功しました。 ThrustMe は現在、主要な衛星打ち上げ会社に製品を供給しており、年間 365 個の製品を生産できる能力を持つ新しい生産施設を開設しました。
ゾルゾッリ・ロッシ氏は、長い研究と調査の末、ThrustMe はスラスターの特定の部品の製造に 3D プリントを使用することを選択したと述べました。この決定は、付加製造が従来の製造方法よりも優れている多くの要因を考慮したものでした。
「まず、航空宇宙産業では、従来の機械加工方法では簡単には得られない複雑な形状の生産が求められることがよくあります」と、Zorzolli Rossi 氏は説明します。「ThrustMe では、複雑さだけでなく小型化についても検討しており、これは当社の製品開発における重要な要件です。この場合、3D プリントは、必要な精度で特定のデザインを作成するための革新的なソリューションを提供します。」
さらに、3D プリントの汎用性は重要な利点として挙げられており、企業は大きなコストやリードタイムをかけずに、設計を迅速に反復して改良することができます。
「従来の製造プロセスでは、金型やツールの作成が必要になることが多く、時間がかかり、コストもかかります」と、Zorzolli Rossi 氏は言います。「3D プリントを使用すると、最小限のセットアップ時間でプロトタイプを迅速に作成し、設計を反復できるため、より機敏な開発プロセスが促進され、市場投入までの時間が短縮されます。」
△ ThrustMe航空宇宙部品。写真提供：ThrustMe。
なぜセラミックを使用するのですか?
「セラミック材料を選択する前に、いくつかの要素が徹底的に評価されました」とゾルゾリ・ロッシは述べています。「セラミックの使用は、真空や極端な温度範囲などの厳しい宇宙環境に関連するいくつかの重要な要因と、素粒子の高エネルギー流束、二次放出、強力なスパッタリング、反応性イオンエッチングなどのヨウ素プラズマ推進システムの特定の特性に基づいています。」
最終的に、この決定に影響を与える重要な考慮事項は、対象コンポーネントが動作する環境に関連しています。「当社の部品の一部は化学的に活性なプラズマ環境の高温にさらされるため、優れた耐熱性と耐薬品性を備えた材料が必要です」と、Zorzolli Ross 氏は説明します。「セラミックは、優れた耐熱性と耐薬品性を備えているため、この用途には最適な選択肢です。」
セラミックの熱伝導率の範囲が広いことも、セラミックを魅力的な選択肢にしています。実際、効率的な熱伝達と熱絶縁は、ThrustMe のコンポーネントにとって非常に重要です。これにより、熱流が効率的に導かれ、過熱や過冷却を防ぐことができます。セラミックは幅広い伝導特性を持ち、選択的な熱伝達を可能にし、これらの製品の最適なパフォーマンスを保証します。
セラミックの電気的特性も、ThrustMe の材料選択プロセスにおいて重要な役割を果たしました。「当社の部品には、高電圧を効果的に絶縁し、電気的破壊を防ぐことができる材料が必要です」と、ゾルゾリ・ロスは述べています。「セラミックの優れた電気絶縁特性は、この点における当社の厳しい要件を満たす理想的な選択肢です。」
△ ThrustMe 航空宇宙部品。写真提供：ThrustMe。
宇宙セラミック 3D プリント<br /> 昨年、フランス宇宙機関は宇宙サブシステムの最適化のためにセラミック 3D プリントの使用を調査していると発表した。特に、研究者らは、3D プリントされた酸化物セラミック材料が宇宙推進の主要サブシステムの設計をどのように改善できるかを評価しました。
この研究では、最適化されたイットリウムアルミニウムガーネット (YAG) キセロゲルは、複雑な形状に 3D プリントすると理想的な強度とクリープ耐性特性を発揮することが強調されています。したがって、3D プリントされた YAG セラミックは、将来の深宇宙探査用タービンブレードに使用される金属合金の基礎を形成するために使用できる可能性があります。
さらに、国際宇宙ステーション（ISS）には、MadeIn Space のセラミック積層製造施設であるタービンセラミック製造モジュール（CMM）が装備されています。このモジュールには、微小重力環境での一体型セラミックタービン部品の製造の実現可能性を実証するための SLA 3D プリンターが搭載されています。これは宇宙軌道上で動作する初のSLA 3Dプリンターと言われています。

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