MITは宇宙ステーションで液体押し出し3Dプリント実験を実施し、将来の宇宙SF技術を創造する

2022年11月29日、アンタークティックベアは、スペースXが先週の土曜日にファルコン9ロケットの打ち上げに成功し、国際宇宙ステーション（ISS）の乗組員に新たな科学研究用の物資と機器を届けたことを知りました。さらに重要なのは、アルテミス1号打ち上げミッションと同様に、このSpaceX第26回商業補給ミッション（CRS）でも宇宙3Dプリント研究のためのプロジェクト資材が運ばれたことです。これはMITメディアラボのプロジェクトであり、宇宙での大規模な3Dプリント建設の発展に貢献すると報じられている。
△ドラゴン宇宙船を搭載したスペースXのファルコン9ロケットがNASAケネディ宇宙センターから空に飛び立った。画像提供：NASA。
ブラックボックス 2 は、宇宙サービスプロバイダーの Nanoracks が開発した、複数の実験を同時に実行できる遠隔操作の商用宇宙ステーションプラットフォームです。「Extrude」と呼ばれるこの付加製造実験は、国際宇宙ステーション国立研究所が後援する MIT メディアラボの他のいくつかの実験とともに宇宙に打ち上げられました。
△マサチューセッツ工科大学の宇宙探査プログラムにおける「スクイーズペイロード」プロジェクト装置の内部。サンプル搭載前の飛行準備の様子。この技術実証では、微小重力下で液体樹脂の形状を急速に押し出し、紫外線硬化させる新しい方法をテストしました。画像提供：MIT Space Exploration Initiative。
研究者らは、新たな付加製造実験を通じて、微小重力下で液体樹脂をカスタマイズされた形状に押し出し、地球上では製造できない形状を作り出すことを実証します。ペイロード構造自体は、光硬化性樹脂をあらかじめ製造された柔軟な形状に注入する 3 つのポンプで構成されており、カメラがそのプロセスの映像を撮影します。
このプロジェクトについて、MITメディアラボ宇宙探査イニシアチブの主任研究員兼ディレクターのアリエル・エクブロー氏は次のようにコメントしています。「この実験では、微小重力環境を利用して、一般的な形状と複雑な形状の両方の分岐形状を押し出します。私たちのアプローチにより、日常のミッションに必要な重要な部品の製造時間が短縮され、トラスやアンテナなどの大型構造物の将来の宇宙での建設をサポートする可能性があります。押し出しの調査は、積層造形と宇宙での自己組み立てワークフローに関する私たちの研究に基づいています。」
△ MIT での押し出し実験では、シリコンスキンが液体の押し出しプロセスを包含し、形を整えます。画像クレジット: Rapid Liquid Printing/MIT Media Lab。
MIT で 3D プリントの熱心な講師を務めるエクブロー氏は、微小重力下では通常たわむ自由空間の押し出しが妨げられることなく進行し、重力下では生成が不可能な構造物の作成が可能になると説明しています。地球上では、大規模な建設に使用される梁などの大きな物体は重力によって変形します。従来の付加製造プロセス、特に液体樹脂を原料として使用するプロセスは、重力によって制限されます。対照的に、宇宙の無重力状態では、このような変形を起こさずに、より長く、より薄い構造物を作成することが可能です。
この押し出しプロジェクトが成功すれば、将来の宇宙探査を支える宇宙ステーション、太陽電池アレイ、望遠鏡、産業機器など、より複雑な宇宙構造物の積層造形の基礎を築くのに役立つ可能性がある。
△ MITが軌道上で実施した押し出し実験において、押し出された液体を封じ込めて成形する過程。画像クレジット: Rapid Liquid Printing/MIT Media Lab。
さらに、地球上や打ち上げ時に受ける力は宇宙で受ける力よりも大きいため、大きな構造物を丸ごと打ち上げるのは現実的ではないが、これらの部品は押し出し技術を使って軌道上で作成し、地球に輸送して使用することもできる。
国際宇宙ステーションに打ち上げられる前に、エクブロー氏が率いるチームは2021年5月の放物線飛行中に押し出されたペイロードをテストした。チームは、無重力試験航空機に乗って、微小重力状態で液体樹脂の形状を急速に押し出し、紫外線硬化させるこの新しい方法をテストし、成功しました。
押し出し成形された硬質部品の初期バージョンでは、小さな柔らかいワイヤと光硬化樹脂という 2 つの原材料が使用されていました。ノズルアセンブリを通して両方の材料を押し出すと同時に、ワイヤーを立体形状に曲げ、均一な樹脂層でコーティングします。当初のプロジェクト計画によれば、樹脂を硬化させてワイヤーに接着させるために、ノズルの後ろに UV LED エミッターのアレイが配置されていました。全体の形状が作成されると、切断機がノズルの出口で適用されたワイヤを分割し、別の形状を作成します。
△チームメンバー（右から左へ）王哲偉、エイデン・パディーヤ、ショーン・オーフィンガー、マーティン・ニッサー、アリエル・エクブローが、無重力航空機に搭載された実験装置と一緒に写真を撮っている。画像クレジット: Steve Boxall/ZERO-G
MIT の研究者によるこの実験のような最先端の 3D プリント実験は、テストのために国際宇宙ステーションに送られることがよくあります。先月、ノースロップ・グラマンが運営する別の補給宇宙船が、バイオファブリケーション施設としてよく知られている、テックショットの待望のバイオプリンティング・プラットフォームを、人間の組織の印刷に関する研究をさらに進めるための新たな機能とともに微小重力研究室に帰還させた。そして昨年2月、コーネル大学は宇宙ステーションでの3Dプリントを可能にするソフトウェアをテストした。地上では、宇宙機関は、宇宙で軟骨を生産することを目的とした「レプリケーター」3Dプリンターなど、成長する宇宙エコシステムに貢献する数多くの付加製造およびバイオプリンティングプロジェクトも支援している。
MIT メディアラボの宇宙探査イニシアチブは、科学、工学、芸術、デザインにわたるさまざまな微小重力および月面研究プロジェクトもサポートしています。その使命は、「イノベーションとコミュニティを可能な限りオープンでアクセスしやすい状態に保ちながら、SF 宇宙の未来のためのテクノロジーを構築すること」です。宇宙探査を民主化するというこのアイデアにより、新しい分野や技術（AM など）が宇宙でより多くの体験を提供できるようになります。
この取り組みを通じて、MIT の研究者は、アストロサイト型のウェアラブルデバイス、オープンキューブサット、宇宙旅行用の楽器、浮遊する宇宙居住施設、高度な無重力 3D 印刷技術など、大胆かつ文化的に豊かな「新宇宙時代」を構想する宇宙イノベーションを創出し、展開しています。

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