ADDUPの金属3Dプリンターは2023年に国際宇宙ステーションの微小重力下でテストされる予定

2022年3月25日、アンタークティックベアは、フランスの産業用3DプリンターメーカーAddUpが、宇宙空間での印刷に使用できる3Dデバイスを開発しており、2023年に国際宇宙ステーション（ISS）でテストする予定であると発表したことを知りました。宇宙で金属部品を3Dプリントすることを目的とした欧州宇宙機関（ESA）の「Metal3D」プロジェクトの一環として、AddUpはマシンの内部構造とオペレーティングシステムを設計しました。従来の粉末ベッドベースのシステムとは異なり、3D 印刷デバイスはフィラメント原料をフレームに固定できるため、フィラメントが浮き上がるのを防ぎ、デバイスを微小重力状態で動作させることができます。

△Metal3Dを使用した宇宙飛行士のクリエイティブレンダリング。画像提供：AddUp
AddUp の地上 3D プリント装置<br /> 過去 6 年間、AddU は業界をリードする 2 つの金属 3D 印刷技術、Powder Bed Fusion (PBF) と Directed Energy Deposition (DED) に市場を集中してきました。前者に関しては、同社は昨年、安全性、生産性、品質などの産業上の要求に合わせて設計された機械である主力製品であるFormUp 350システムを発売したばかりだ。

AddUp はオハイオ州立大学に FormUp 350 を設置し、それ以降、学生と教職員は 3D プリント製造方法の最適化を調査できるようになりました。同社は最近、機械の機能を強化するために 3 つの新しいプロセス監視ソフトウェアパッケージもリリースしました。このスイートは、AddUp ダッシュボード、再コート監視、メルトプール監視で構成されており、3D プリントされたプロトタイプと最終使用部品の品質に対するユーザーの信頼を高めるように設計されています。

AddUp は、DED テクノロジーに関して、2018 年 6 月に BeAM Machines を買収し、同社の特許取得済みテクノロジーのほとんどを継承しました。現在もBeAMブランドで販売されている同社のModulo 250とModulo 400 3Dプリンターは、若干異なる技術を採用しており、前者はR&D用途向けであり、後者の「プロ」バージョンは産業グレードのプリンターとなっている。

しかし、AddUp は大きな野望を抱いており、フランスのストラスブールとサロン・ド・プロヴァンスの拠点に約 40 台の DED および PBF マシンを設置しています。同社はここ数年、熱交換器など航空宇宙部品を多数開発してきたが、ESAの真の目標は宇宙で使用できる3Dプリンターの開発だ。

△CDMEのエンジニアはAddUp FormUp 3Dプリンターを使用しています。 AddUpからの写真
微小重力金属3Dプリンターを試す
ESA は、宇宙で使用できる世界初の金属 3D 印刷システムの開発を目指しています。Metal3D プロジェクトでは、複数のパートナーと協力して、微小重力条件下で製造された部品の性能をテストします。

この目標を達成するために、ESAは2つの同一のプロトタイプの製作を委託した。1つはエアバス社と共同でトゥールーズで製作・テストされ、もう1つは国際宇宙ステーションのコロンバスモジュールに打ち上げられる予定だ。このシステムはまだ開発中であり、両方のプロトタイプは地球内部と微小重力環境の両方で動作することを共通の目標としています。

クランフィールド大学のチームも重要なパートナーであり、ユニットのエネルギーおよび材料供給システム、機器ハウジングの設計、ハイフテックの流体管理を監督しています。

AddUp は、ユニットの内部部品の一部だけでなく、プログラマブルロジックコントローラー (PLC) と通信を可能にするインターフェイスも開発しました。 AddUp の研究開発エンジニアである Alexandre Piaget 氏によると、同社は Metal3D プロジェクトでも重要な役割を果たし、「今日のマシンの基礎を築いた」という。

△国際宇宙ステーション内で作業するスタッフ。写真提供：NatGeo/ISS
「AddUpはこのミッションの達成に重要な役割を果たします」とピアジェ氏は語った。「マシンの最終バージョンでは、AddUpがマシンの可動軸、構造部品、ソフトウェアを担当します。」

この機械は、従来の 3D プリンターを宇宙での使用を困難にしていた問題、つまり微細な粉末が造形領域から浮遊してしまう危険性を克服することができます。このシステムでは、合金を所定の位置に保持し、3 つの直線軸と 1 つの回転軸に沿ってレーザーを移動させながら部品を融合するワイヤーレーザー変形 (W-DED) プロセスを使用してこれを実行します。

3D プリンターは、材料の酸化を制限し、燃焼のリスクを軽減する手段として、窒素雰囲気下で動作させることもできます。さらに、ISS 上の窒素供給量が限られているため、消費量を制限し、できるだけ多くのガスをリサイクルするために、システムにはろ過機能と冷却機能が装備されています。

この機械が宇宙に送られるのは2023年2月までと予想されているが、AddUpはエアバスと共同でMetal3Dにヒントを得た機械を開発し、「この技術の開発を持続可能に保つ」ことを明らかにした。

△Metal3Dプロジェクトに先立ち、ESAは「プロジェクトMELT」で微小重力でも作動する3Dプリンターを開発しました。写真提供：BEEVERYCREATIVE
微小重力下での 3D プリントコンテスト<br /> 近年、国際宇宙ステーションは 3D プリント研究の温床となっており、民間および学術研究者が微小重力環境で新興技術をテストしようとしています。 ESA は MELT プロジェクトの一環として、別のパートナーと共同で、宇宙用途向けに設計されたポリマー微小重力 3D プリンターを以前に開発しました。

一方、アイオワ州立大学の研究者らによる最近の実験では、新型の無重力3Dプリンターが改造された航空機でテストされた。チームは、45度の角度で常に上下に飛行することで、微小重力下で短時間の印刷を行うことができました。

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