3Dプリントされたオープンソース衛星が航空宇宙の明るい未来を創造する

3Dプリントされたオープンソース衛星が航空宇宙の明るい未来を創造する
3Dプリント素材を使用したオレゴン州初の衛星が、1年間にわたり低軌道で正常に運用されている。 3D プリンティングは航空宇宙の将来において重要な役割を果たしており、この重要な技術により、ポートランド州立大学の学際的な学生チームは、オープンソースで安価かつ信頼性の高い「CubeSat」ナノ衛星システムを迅速に開発することができました。



2021年3月から軌道上にあるOreSat0は、宇宙で使用できる数少ない選択的レーザー焼結(SLS)積層造形材料の1つであるCRP Windform LX3.0を活用するように設計されました。この衛星は、ポートランド州立大学航空宇宙協会 (PSAS) によって設計、開発、運用されました。PSAS は、衛星を建造するだけでなく、完全に再利用可能で、モジュール式かつカスタマイズ可能なオープンソースの CubeSat 開発システムを作成することを目標とする学際的な学生グループです。

カスタム 3D プリント コンポーネントを備えたモジュラー ハードウェアと PCB
学生チームは、標準的な2層および4層のPCBや機械加工しやすいアルミニウムフレームなど、より安価な部品と材料を使用してナノ衛星システムを開発しました。課題は、低地球軌道(約 10 mPa)の真空でもガスを放出せず、極端な温度範囲(-40°C ~ 100°C)に耐えることが検証され、電子システムや RF システムで使用できるように非導電性である 3D プリント部品を提供できる、信頼性の高い 3D プリント サービスを見つけることでした。


OreSat0 の上部には、Windform LX 3.0 で印刷されたアンテナ システムが搭載されています。

研究チームは、トリプルバンドアンテナシステムをわずか 5 x 5 x 2 センチメートルの容積に収める必要がありました。金属はアンテナの同調を乱すため使用できないが、ほとんどの 3D プリント素材は宇宙を飛行する用途には適していない。入手可能なすべての材料を調査した結果、チームは Windform LX3.0 を発見しました。 「CRP の Windform LX を見つけてとても嬉しかったです」とポートランド州立大学の機械工学科の学生、キャス・ブルームさんは言います。「この技術のおかげで、非常に小さなスペースに多くの機能を詰め込むことができ、高密度実装により多くの利点がもたらされます。」


△ポートランド州立大学サテライトチーム:電気工学、機械工学、コンピューターサイエンス、数学、ビジネスを専攻する学生からなる学際的なチーム。

小型化とカスタマイズ
Windform LX 3.0 システムは、電子システムと RF システムのパッケージ密度を最大化します。 SLS テクノロジーにより、メーカーはほぼすべての立方ミリメートルを活用し、他の材料では製造できない複雑なシステムを統合する柔軟性が得られます。


△OreSat スタートラッカーカメラ:CRP の Windform LX3.0 から 3D プリントされた非常にコンパクトな 10mm の高さのレンズとカメラセンサーハウジングを使用した、非常にコンパクトなスタートラッカーシステムです。

従来の製造技術に対する利点:
Windform LX 3.0 は、従来の製造技術や一般的な 3D 印刷材料に比べて、次のような多くの利点を備えています。

●振動や衝撃に耐える耐久性の高い部品を製造する能力。たとえば、一般的な宇宙環境テストの要件は、3 つの軸すべてで 13 g のランダム振動テストに合格することです。
●-40℃から+100℃までの極端な熱サイクルに耐えることができます。
●ASTM E595 などの NASA および ESA のガス放出要件を含む、極めて低いガス放出要件。
●非導電性のため、PCB、バッテリー、アンテナなどの電子部品の近くでも安全に使用できます。

OreSat チームは、従来の FDM マシンを使用してプロトタイプを作成し、設計を繰り返した後、航空宇宙アプリケーションを専門とし、3D プリントの豊富な経験を持つ米国企業である CRP USA に協力を依頼しました。 CRP USA は、最終的な飛行部品の印刷に Windform LX3.0 を使用しました。この迅速で反復的な設計プロセスにより、チームは地球上でも宇宙でも 3D プリントの迅速な設計とプロトタイピング機能を活用することができました。

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