NASA: 宇宙ミッションで使用されるレーザーの取り付けブラケットを 3D プリント

この投稿は Coco Bear によって 2022-7-2 23:00 に最後に編集されました

2022年7月2日、アンタークティックベアは、スペースXの第25回商業補給サービス（CRS-25）ミッションが、 3Dプリント電気メッキブラケットを含む新たな科学研究支援、物資、機器を国際宇宙ステーション（ISS）の乗組員に提供すると知りました。このサポートコンポーネントは、恒星の岩石の年代を決定するために使用される新しいレーザーを収容するためにNASAによって構築されました。国際宇宙ステーションに到着したら、研究者らは3Dプリントされた部品を宇宙空間にさらすなどしてテストする予定だ。

小型で高性能なレーザー メリーランド州にあるNASAゴダード宇宙飛行センターが最近発表した記事で、NASAは実験の目的や国際宇宙ステーションで行われている作業、そして3Dプリントがプロジェクトの進捗に果たす役割と影響について語った。ゴダード宇宙飛行センターの物理学者バリー・コイル氏が開発したレーザーは、既存の技術のギャップを埋め、将来の惑星探査ミッションに、他の惑星がどのように形成されたかを探るための強力でありながら小型で軽量なツールを提供すると、同センターが2022年春号のCuttingEdgeで発表した。さらに、この手のひらサイズのレーザーは小型の探査車や着陸船にとって非常に重要であり、ミッション予算を削減します。

コイル氏のレーザーに対する興味は、サウスカロライナ大学チャールストン校の物理学教授フレッド・ワッツ氏のレーザー研究室で働いていた1980年代に遡り、レーザーが難しいと感じていた。彼はゴダード宇宙飛行センターで他の宇宙レーザーに取り組んでいる間、2021年10月のNASAの投稿で、レーザーを一か所に集めることが生産とコスト効率にとってなぜそれほど重要なのかを考察した。コイル氏は、地球の継続的な全球観測のための最初のレーザー測距装置である地球科学レーザー高度計システム（GLAS）の打ち上げ直後に、その場でレーザーを構築するというアイデアを思いついた。

「 NASA 以外で宇宙飛行用レーザーシステムを製造するのは、費用がかかり、非効率的です」と Coyle 氏は指摘します。「3D プリントほど時間、エネルギー、コストを節約できるものはありません。3D プリント技術を使用すると、製造プロセスと組み立てプロセスが大幅に簡素化されるため、新しい「コンパクト」レーザーなどのカスタム部品に最適なソリューションになります。」

手のひらサイズのレーザーは、Form 3 に印刷された電気メッキブラケット (銀色) を介して取り付け領域に接続されます。画像提供：NASAゴダード宇宙飛行センター。

3D プリントレーザー用マウントブラケット<br /> 火星探査車「キュリオシティ」や「パーサヴィアランス」に搭載されている大型レーザーとは異なり、この新しいレーザーは小さなサンプルの観察に適しています。レーザーは岩石中の分子を原子に分離することで岩石サンプルの組成を測定することができます。ただし、レーザーが適切に機能するには、正しく接続され、正しい適切な位置に取り付けられている必要があります。ここで 3D プリントが役立ちます。エンジニアは 3D テクノロジーを使用して、レーザーの取り付け接続を迅速に開発し、改善しました。

取り付けブラケットを作成するために、NASAはFormlabsのForm 3ステレオリソグラフィー（SLA）プラットフォームと同ブランドのRigid 10K Resinを使用しました。これは、Formlabsのエンジニアリングポートフォリオの中で最も硬いガラス充填材料であり、曲がることなく大きな負荷に耐える精密工業部品を作成するために使用できます。滑らかなマット仕上げを実現でき、耐熱性と耐薬品性も高いです。次に、ゴダード宇宙飛行センターの NASA エンジニアは、nTopology ジェネレーティブデザインソフトウェアを利用して、ブラケットの耐荷重能力を最大化する有機的なサポートデザインを提供しました。その後、Formlabs プリンターを使用してブラケットの設計を最適化し、最大限の強度を実現しました。

ゴダードのエンジニアであるマシュー・マリン氏は、「現場の人々と協力して 3D プリントレーザー部品を設計、製造できることは本当に素晴らしいことです。3D プリントは、従来の機械加工よりも迅速かつ大幅に低コストでさまざまな設計を完成させることができます。このような 3D プリントレーザー部品は、かつては軽量金属からカスタム加工されていましたが、現在では高度な製造技術により製造時間とコストを削減できます。」と述べています。

最終的な印刷部品が完成すると、チームは樹脂印刷物をメリーランド州に拠点を置く専門会社 RePliForm に送り、電気メッキの外層を施しました。電気メッキされた剛性 10K 樹脂印刷部品は、部品の強度を高め、部品から排出される排気ガスの量を減らすことができるため、同じ用途の従来の機械加工部品よりも部品が大幅に軽量になります。さらに、3D プリントのおかげで、ゴダードチームは機械加工プロセスよりもはるかに短い時間で設計、印刷、反復、再設計を行うことができます。

△SpaceXのドラゴン宇宙船。画像提供：NASAゴダード宇宙飛行センター。

このレーザーは、スペースX社のドラゴンロボット宇宙船とファルコン9ロケットに搭載され、フロリダ州にあるNASAのケネディ宇宙センターからCRS-25ミッションで2022年7月14日までに打ち上げられる予定だ。 CRS-25は、SpaceXとNASAの間で進行中の貨物契約の一部を履行するもので、この宇宙船にとっては3回目のミッションとなる。

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