NASA: 宇宙3Dプリント技術の開発を継続的に推進

はじめに: NASA は、宇宙船、ロケット部品、先進材料、大型構造物を軌道上で直接製造するために、宇宙 3D プリントの開発を積極的に推進しています。3D プリントは、従来の地球外製造を完全に変えるでしょう。その結果、主要な宇宙機関は、地球上の経済成長を促進しながら宇宙産業を変革する可能性を秘めた技術である宇宙での製造に備えるために、さまざまなアプローチを積極的に採用しています。この技術は、科学技術の最先端を前進させ、打ち上げコストを削減し、ミッションの柔軟性を高め、オンデマンドの部品やツールの作成を可能にし、宇宙探査をより効率的かつ持続可能なものにする可能性があります。

2023年5月、アンタークティックベアは、NASAが宇宙サービス、組立、製造（ISAM）機能を宇宙アーキテクチャとミッションライフサイクルの通常の一部にすることに焦点を当てた宇宙移動およびISAM機能コンソーシアム（COSMIC）の設立を発表したことを知りました。 NASAはまた、3D SystemsによってテストされたGRX-810と呼ばれる新しい3Dプリント用超合金をリリースし、月面での積層建設用の月面コンクリートを開発するための助成金をテキサス州立大学に授与した。

ISAM技術は、新しい軽量航空宇宙構造の設計および製造方法です。高度なコンピュータ支援設計および製造技術を使用して、複数の金属部品を1つの構造に組み合わせることで完全な統合を実現し、接続ポイントとネジの数を減らし、構造の強度と安定性を向上させると同時に、重量と製造コストを削減します。 ISAM 技術は航空宇宙分野で幅広い応用が期待されており、航空機の品質、効率、安全性能を向上させることができます。

COSMIC が宇宙製造業をどのようにサポートするか<br /> NASA の宇宙技術ミッション局 (STMD) が主導し、連邦政府資金による研究開発センター (FFRDC) である Aerospace Corporation が運営する COSMIC は、ISAM を宇宙アーキテクチャとミッションライフサイクルの通常の一部に移行します。

「NASA、政府機関、産業界は数十年にわたってロボットによるISAM技術に投資してきましたが、現代の衛星がこの技術を念頭に置いて設計・製造されることはほとんどありません」とSTMDの技術デモンストレーション担当ディレクター、トルディ・コルテス氏は語る。「私たちはそれを変えたいのです。」

△軌道上整備・組立・製造1（OSAM-1）自動捕捉試験スタンドの詳細写真宇宙機動・ISAM能力連合（COSMIC）は、アメリカの宇宙整備・組立・製造（ISAM）能力を再活性化させる国家同盟です。

● COSMIC のビジョン: 米国宇宙コミュニティが ISAM において世界的なリーダーシップを発揮できるようにする汎米同盟を構築する。

●COSMIC の使命: ISAM を宇宙アーキテクチャとミッションライフサイクルの通常の一部にすること。

超合金<br /> クリーブランドにある NASA のグレン研究センターとオハイオ州立大学の研究者チームが、極限環境向けに設計された新しい 3D プリント合金について詳述した論文を Nature 誌に発表しました。GRX-810 と呼ばれるこの合金は、3D Systems によって検証された NASA の画期的な新しいレーザー粉末床融合超合金です。この超合金は、航空や宇宙探査に使用される部品の強度と靭性を大幅に向上させる可能性があります。

△新しい3Dプリント可能な合金GRX-810で作られたNASAのロゴ。

スミス氏とグレン大学の同僚クリストファー・カンツォス氏は、コンピューターモデリングとレーザー3Dプリントプロセスを使用して金属を層ごとに融合し、新しい合金を作成するGRX-810を発明しました。 GRX-810 は酸化物分散強化合金であり、酸素原子を含む微粒子が合金全体に分散され、強度が向上します。これらは、破損点に達する前に過酷な条件に耐えることができるため、航空機やロケットエンジン内部などの高温用途の航空宇宙部品の製造に最適です。これまでに報告された中で最も先進的な 3D プリント超合金は、華氏 2,000 度までの温度に耐えることができます。それに比べて、GRX-810 は強度が 2 倍、耐久性が 1,000 倍以上、酸化耐性が 2 倍です。

△3D SystemsはNASAの新しい超合金GRX-810の性能を検証しました。画像提供：3D Systems。

3D Systems は、その性能を検証するために、ダイレクトメタルプリンティング (DMP) プラットフォームである DMP Factory 500 を使用して、GRX-810 の印刷と高温機械特性のテストを行いました。同社によれば、この材料は優れた機械的特性と極端な温度に対する耐性を示し、航空宇宙用途に最適だという。

「 NASA GRX-810 の性能検証は、繰り返し可能な製造性能など、この合金の大きな可能性を実証しています」と、3D Systems の航空宇宙および防衛担当副社長のマイケル・シェパードは説明します。「さらに、NASA はこの材料に、積層造形の限界を押し広げ、次世代の航空宇宙部品の製造を可能にする能力を提供しています。」

これはNASAグレンがこれまでに取得した最も成功した技術特許の一つと言われており、ロケットエンジン、タービンブレード、排気ノズル部品などの主要部品に将来使用される理想的な候補となる可能性がある。

月面で利用可能な資源<br /> テキサス州立大学は、月面にある資源を建築資材として利用する技術「CaerusCrete」のさらなる開発のため、5万ドルの資金提供を受けた。

△テキサス州立大学のチームが受け取った資金。

CaerusCrete は、アルカリ活性化メカニズムによって月の表土などのその場で見つかった粒状物質を結合し、十分な構造強度を実現できるというアイデアを探求した学部生のプロジェクトとして始まりました。宇宙ミッションでは、運ぶことのできる物に厳しい制限があるため、将来の宇宙探査と生存においては、現場資源利用 (ISRU) が主流のコンセプトとなります。

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