3Dプリンティングとロケット製造について：商業航空宇宙は、添加剤ソリューションの広範な適用に適しています

宇宙打ち上げ機器のLauncherは、2019年に早くも3Dプリントを使用した液体ロケットエンジンの製造を先駆けて開始し、AMCM（EOS傘下企業）の機器をさらに改良しました。今年初め、英国の新興宇宙打ち上げ会社オーベックスはソーシャルメディア上で、ロケット製造用のヨーロッパ最大の産業用3DプリンターのカスタマイズをAMCMに委託し、毎年35基以上の大型ロケットエンジンと主段ターボポンプシステムを生産するという社内目標を達成したと発表した。
最近、フロリダに拠点を置く金属3DプリントサービスプロバイダーのSintaviaは、ロケット部品の3Dプリント能力を強化するために、ドイツの企業AMCMが製造した2台のM4K-4金属3Dプリントシステムを購入しました。この機械はEOS M400-4の改造版で、オリジナルのEOS機械の2倍の高さがあります。

Sintavia の顧客は、航空宇宙用の大型金属部品を大量に、より最適化された方法で印刷する必要があります。同社はM4K-4マシン2台の追加により積層造形装置のラインナップを拡大しており、Sintaviaは北米で初めて金属部品の大量積層造形サービスを提供するサプライヤーとなった。
「当社は会社として成長するにつれ、積層造形に適した部品カテゴリーをいくつか取り入れてきました。その 1 つが再生式ロケット推進室アセンブリ (TCA) です。現在市場に出回っているほぼすべての TCA は、従来のモデルも含め、3D プリントを使用して製造されています」と、シンタビアの CEO であるブライアンネフ氏は TCT チームに語りました。「再生式冷却は熱交換器のように機能し、内部チャネルが冷たい液体推進剤を熱いチャンバーに移動させるため、これは積層造形に非常に適しています。」

Sintavia の現在の積層造形能力は、ほとんどのエンジニアの羨望の的です。同社は、GE Additive、TRUMPF の機器、および 8 台の EOS M400-4 4 軸レーザープリンターを含む 30 台以上の高速 3D プリンターを購入しています。ネフ氏は、顧客が緊急に規模の拡大を必要としているため、同社がロケット製造分野に参入するために必要な経験と戦略を共有した。

「現在、この装置は高さによって制限されています」とネフ氏は説明します。「これまで積層造形を使用する基本的な方法は、2 つまたは 3 つの部品を印刷して溶接することでした。現在、M4K により、各スラストチャンバーアセンブリを 1 つにまとめることができます。インジェクター、バレル、ノズルが 1 つにまとめられています。2 つの部品を印刷して溶接するだけの以前の方法では、スラストチャンバーアセンブリ内で冷却が実現できず、後処理で結合する必要があるため、ロケットのパフォーマンスに影響が出ていました。M4K の登場は、特にロケット推進業界にとってゲームチェンジャーだと思います。エンジンアセンブリを再設計して、あらゆる種類のフランジを排除できるからです。」
AMCMが発表したデータによると、ランチャーのE-2エンジンの燃焼室は、当初から「付加製造が可能な燃焼室」として設計されており、ネフ氏が述べた利点を単一の構造に組み合わせている。同じ利点を活かして、Sintavia は M4K-4 を購入し、450mm x 450mm x 1000mm の TCA やその他の熱力学部品や翼を印刷しました。

M4K-4 は、より大きな造形体積、より強力なレーザー、より最適化された冷却システムを備えており、EOSM400-4 の「延長および拡大」バージョンとして定義されています。 M4K-4が納入されると、シンタビアはこれを使用して高性能銅およびニッケル合金を加工する予定です。
もちろん、成形寸法も慎重に考慮する必要があります。AMCM と TCT は、製造プロセス中の高温によって生じるワークピースの変形を補正するために、精密なシミュレーションツールを使用する方法を共有しました。ネフ氏は、シンタビアには顧客のさまざまなニーズを満たす能力があると考えています。

ネフ氏はさらにこう述べています。「民間航空宇宙が代表するロケット打ち上げ事業は、民間航空市場に比べるとまだ非常に小さいものの、民間航空宇宙が航空機の積層造形の採用を推進しているのは素晴らしいことです。しかし、耐空性認証などのさまざまな側面から、民間航空は積層造形の採用が非常に遅れています。」
民間航空宇宙産業の顧客は、従来の接合手順を減らし、再生冷却チャネル向けに最適化された TCA の製造を求めていました。納期を短縮することに熱心だったため、3D プリントソリューションがチャンスとなりました。ネフ氏は、これらの強みを組み合わせることが非常に重要であると考えています。

ネフ氏は次のように結論づけた。「未来を想像してみましょう。人類が宇宙を探索するとき、火星に鋳造所を建設することはできません。その代わりに、3D プリントを使い、太陽エネルギーと月の塵を使って印刷することを選択するでしょう。企業がこの方向でマーケティングを行うということは、地球上で印刷できるだけでなく、宇宙でも印刷できるということを市場に対して証明していることになります。個人的には、これは非常にクールなことだと思います。」

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