NASAは金属3Dプリント技術を統合し、航空宇宙分野での応用を推進

はじめに: 付加製造は、その強力な製造能力により、地球上および宇宙で広く使用されてきました。 3D プリンティングはこれまで長い間、宇宙探査関連のアプリケーションにおける主要技術の 1 つと考えられてきましたが、最近これが再確認されました。

2023年3月22日、アンタークティックベアは、アメリカ航空宇宙局（NASA）が2つの新しい宇宙技術研究機関（STRI）で3Dプリント技術を使用して、迅速に認証できる金属部品を製造したと発表したことを知りました。
NASA にとって、3D プリント技術の使用は当然のことながら馴染み深いものです。同局は積層造形の経験豊富なユーザーであり、ロケット部品の作成、国際宇宙ステーションでの食品の3Dプリント、さらには地球外天体での建造の可能性の探究など、さまざまな用途でその機能をテストしてきた。しかし、今回の発表は、長期的な探査目標を推進する手段として、3Dプリントなどの革新的な技術を統合するという同社の取り組みをより明確に示している。各研究所は米国の大学のチームによって率いられ、NASAの将来にとって極めて重要な学際的な研究と技術開発プロジェクトを担当することになる。この仕事に対して、彼らはそれぞれ5年間で最大1500万ドルを受け取ることになる。
△STRI の 1 つは、宇宙飛行用の金属 3D プリント部品の理解を深め、認証することに専念します (画像提供: NASA)
ワシントンにあるNASA本部の宇宙技術ミッション局の副局長ジム・ロイター氏はさらに次のように説明した。「私たちは、これらの複数大学チームの専門知識を活用して、最も差し迫ったニーズに対応する新しい技術を開発できることを嬉しく思っています。彼らの仕事は、付加製造に代表される次世代の科学技術を前進させ、最先端のモデリング技術を通じて宇宙用途向けの3Dプリント金属部品の使用を拡大するでしょう。」
モデルベース積層造形における資格認定機関 (IMQCAM)
モデルベース積層造形資格認定研究所（IMQCAM）と呼ばれるこの研究所は、ピッツバーグのカーネギーメロン大学とボルチモアのジョンズホプキンス大学が共同で主導する。名前が示すように、その目的は、3D プリントされた金属部品のコンピュータモデルを改善して、航空宇宙アプリケーションでの有用性を拡大し、部品の適格性と認証を向上させることです。これにより、エンジニアはデジタルツインを使用することで、部品が破損するまでにどの程度のストレスに耐えられるかなど、部品の機能と限界を理解するのに役立ちます。
金属 3D プリント部品の特性に関するこれらの非常に正確な予測は、部品を製造する前にその特性を理解するために不可欠であり、後の認証の重要な部分になります。さらに、これらのデジタルツインは、NASA が開発した銅・クロム・ニオブ合金の GRCop-42 など、3D プリントですでに一般的に使用されている航空宇宙材料から作られます。科学者たちはこのモデルを使って、宇宙用途の新素材の評価やシミュレーションも行えるようになる。
△カーネギーメロン大学のトニー・ロレット氏がプロジェクトの共同ディレクターの一人を務める（写真提供：カーネギーメロン大学）
同研究所の主任研究員で、カーネギーメロン大学の冶金工学および材料科学の米国スチール教授であるトニー・ロレット氏はさらに、「このタイプの部品の内部構造は、他の方法で製造された部品とは大きく異なります。同研究所は、NASA や産業界の人々が日常的にこれらの部品を使用するために必要なモデルの作成に注力します」と述べています。航空宇宙などの安全性が極めて重要な分野で付加製造された最終用途部品を使用する際の最大の障壁の 1 つとして、認証と資格認定がしばしば挙げられることを考慮すると、これはその用途をさらに拡大する上で大いに役立つ可能性があります。

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