積層造形の典型的な応用シナリオ2: 衛星の主要部品の統合製造

出典: 積層造形産業連盟

2022年8月、工業情報化部は「付加製造の典型的な応用シナリオ第1弾リスト」を発表した。地方の推薦、専門家の審査、公告を経て、付加製造の典型的な応用シナリオ第1弾が形成され、産業、医療、建設、文化などの分野で合計36の高品質な応用シナリオが選定された。

中国付加製造産業連盟は、先進的な付加製造技術と設備の応用と推進を加速するために、「典型的な付加製造応用シナリオ事例研究コラム」を設置し、需要の問題点、事例紹介、技術の進歩、応用結果、次のステップの観点から優れた成果を紹介しています。

「衛星基幹部品の一貫製造」第2号を下記の通り発行いたします。

シーンタイプ	複雑構造製品の一貫製造
シーンプロジェクト名	衛星の主要部品の統合製造
シーンプロジェクトユニット	メーカー	西安ポリライト添加剤テクノロジー株式会社
	プロバイダー	西安ポリライト添加剤テクノロジー株式会社
	アプリケーションユニット	中国航天科技集団

I. 背景概要

1. 需要の問題点

航空宇宙機器製造業界の発展に伴い、大型で複雑な構造の部品に対する需要がますます高まっています。業界の特殊性により、部品はより過酷な条件下で機能することが求められます。そのため、これらの構造部品に対する性能要件も比較的高く、主に耐久性と極度の軽量化に反映されています。これらの部品は、耐久性を確保するために新しい材料を使用する必要があり、同時に職人の技によって大型部品の性能と極限の軽量化を確保する必要があります。従来の処理技術では処理ニーズを満たすことが難しく、主要な衛星コンポーネントの処理と開発が制限されます。

2. 解決策

レーザー選択溶融積層造形技術は、試作製造技術の基本原理に基づいて開発された高度なレーザー積層造形技術です。この技術は、高融点金属や合金の加工を実現し、部品設計の自由度の要件を満たすことができます。特殊な形状の表面、複雑な流路構造、薄壁の複雑な構造など、製造要件を満たすことができます。同時に、安定した性能向上を確保することを基盤として、省エネ設計でさまざまな部品を設計し、軽量設計要件を満たし、部品の重量を大幅に軽減し、衛星の主要部品の統合製造に実現可能な技術的アプローチを提供します。

2. 事例紹介 - 衛星ヒドラジンボトルブラケット

1. 事例の説明

ヒドラジンボトルは、衛星推進燃料を貯蔵する容器です。ヒドラジンボトルブラケットは、ヒドラジンボトルと衛星本体を連結する構造物で、ヒドラジンボトルの設置や推進力の伝達などを担っており、推進システムの重要な荷重支持部品です。衛星を軌道に乗せるコストは1キログラムあたり数十万元に達する可能性があります。また、衛星の重量が増加すると、打ち上げおよび推進技術に対する要求が高まります。そのため、衛星コンポーネントの軽量化が極めて重要です。

図 1: Polylite レーザー積層造形法で製造されたヒドラジンボトルブラケット<br /> 耐荷重要件と緊急の軽量化ニーズに応えて、格子+スキンの全体的な軽量構造設計を採用し、全体的な積層造形にレーザー選択溶融を使用しました。

図2 格子＋皮張りヒドラジンボトルブラケット<br /> ヒドラジンボトルブラケットは、西安ポリライト社のBLT-S600レーザー選択溶融成形装置を使用して製造されています。成形可能な最大サイズは600mm×600mm×600mmで、さまざまなアプリケーションシナリオの部品サイズ要件を満たすことができます。同時に、BLT-S600は、印刷工程中にドットマトリックス構造と薄肉構造の一体成形を実現し、従来の工程でのサポートと接続構造を削減し、成形後の部品の重量を大幅に軽減し、極度の軽量化を実現し、航空宇宙などの分野の部品の厳しい品質と安全要件を満たします。

図3 レーザー選択溶融装置 BLT-S600
2. 技術レベルと進歩

従来の鍛造および鋳造プロセスと比較して、この製品は格子+スキンの全体的な軽量構造設計を採用し、レーザー選択溶融プロセスでの全体的な積層造形にアルミニウム合金粉末を使用することで、全体の重量が60％以上削減され、衛星構造全体の構造質量が15％未満に削減されました。全体的な積層造形プロセスはシンプルで、製造サイクルが短縮され、コストが削減されます。全体的な製造により、ネジ接合、接着接合、溶接などの数が削減され、部品の信頼性が向上します。構造性能の面では、構造周波数が50％近く増加しました。

III. 応募およびプロモーションの結果

このタイプのヒドラジンボトルブラケットは、さまざまな地上テストに合格し、軌道に正常に投入されました。関連する成果は、他の数十の衛星モデルと数百の他の衛星部品の研究と製造にまで拡大され、我が国の月探査などの主要プロジェクトの発展を支えています。

4. 改善と推進の次のステップ

現在、ラティススキンの統合設計と統合積層造形により、衛星構造部品の開発と応用が実現されています。次のステップでは、より極限の軽量化ニーズの追求と機能統合のニーズを組み合わせ、断熱、衝撃吸収、クッションなどの機能要件の下で、さまざまな格子形状とさまざまな構造形状の性能と製造を研究し、衛星への格子外皮構造の適用を拡大し、衛星の性能指標をさらに向上させます。このタイプの製品は応用見通しが良く、国家の重点モデル向けに開発されており、特に小型軽量化モデルの需要がより切迫しており、普及見通しは広いです。

（執筆者：西安ポリライト添加剤テクノロジー株式会社）