3Dプリントの軽量月面建築床、MX3Dが持続可能な宇宙探査ミッションを開始

この投稿は warrior bear によって 2021-9-2 21:30 に最後に編集されました。

はじめに：2021年9月2日、Antarctic Bearは、オランダのロボット金属3Dプリント企業MX3Dが、欧州宇宙機関（ESA）の月面居住地プロトタイプ向けに、新素材をベースにした効率的な「スケルトンフロア」を構築したことを知りました。

MX3D は、スクライビング応力マッピング解析と 3D プリントを組み合わせることで、滑らかなメッシュ設計の超軽量鋼構造を構築し、その質量をわずか 395 kg にまで削減することができました。 ESAのエンジニアであるアドヴェニット・マカヤ氏によると、この構造物の製造が成功したことは、MX3D技術の効率性と月面建設作業におけるその可能性を実証しており、将来的にはサンダーストーン構造物の建設にも使用される可能性があるとのことだ。
「これはMX3Dにとって注目すべき成果であり、この付加製造技術がますます幅広い宇宙用途に応用できる可能性をさらに強調するものです」とマカヤ氏は述べた。「設計の柔軟性と、印刷された構造と組み込みの監視システムを組み合わせる可能性は、どちらも宇宙構造物への利用を検討する価値があります。」この技術は、現地で入手可能な雷石から抽出した原料金属を使用することで、持続可能な探査ミッションにおけるインフラの現地建設にも活用できると考えられます。「
△MX3Dのステンレススチール製3Dプリント月面床、重量495キログラム。写真提供：ESA
軽量「スケルトン」デザイン
建築会社 SkidmoreOwings and Merrill (SOM) が開発中の 4 階建ての ESA 月面居住プロトタイプ用に建設された MX3D の床は、可能な限り多くの材料を節約するために位相的に最適化されました。実際の建設では、MX3D 独自の WAAM テクノロジーを使用して 6 つの垂直セクションに構造を 3D プリントし、それらを溶接して一体化した基礎構造を形成しました。
3 本の柱で支えられた床上の一連のパネルは、充填材を必要とせずにサポート構造として機能する「グリッド」を形成し、全体的なデザインは周囲と中心に向かって傾斜しているため、これらの領域は、凝集性や完全性を犠牲にすることなく、より薄い厚さで 3D プリントできます。
このプロジェクトの SOM シニアデザイナーである Daniel Inocente 氏は、次のように説明しています。「製造上の制約を調査し、その分析結果を使用して、3D プリンターの角度制限を考慮したネットワークパターンを補間しました。また、断面と厚さも分析して差別化し、全体の質量を減らしました。つまり、外部と内部の境界で厚さを減らしたのです。」
308LSi ステンレス鋼の床の建設には約 246 時間かかり、組み立てると幅は約 4.5 メートルになります。結局、この構造物はSOMの「Life Beyond Earth」ヴェネツィア・ビエンナーレの一部として設計されたものではない。しかし、MX3DのCEOであるGijs van der Velden氏によると、このプロジェクトは依然として同社の技術の軽量化の可能性を実証しているという。
「これは、MX3D がトポロジー最適化された金属構造の印刷に関する経験を活かすのに最適なプロジェクトです」と、ファンデルフェルデン氏は結論付けています。「材料を可能な限り最大限に活用することが MX3D の企業目標です。宇宙用途の設計と同様に、MX3D 設計で 1 キログラムでも軽量化すれば、プロジェクトの実現可能性に直接影響するからです。」
△定義された応力図解析とトポロジー最適化を使用することで、床の設計は以前よりも大幅に軽量化されました。画像提供：ESA
MX3D の建築専門知識<br /> この構造物の製造は、MX3D 初のロボット WAAM 専用ソフトウェアである Metal XL ソフトウェアと、ABB マシンに搭載されたプリンターを中心に行われ、MX3D のプロセスでカスタムの大規模建物を建設できるようになりました。さらに最近では、同社はM1 3Dプリンターを使用した独自のシステムの製造も開始しており、このプリンターのさらなる開発と発売に資金を提供するため、最近225万ユーロの資金注入を受けた。
MX3Dは2015年の設立以来、2016年に初めて3Dプリントした自転車「Arc」を発売し、2019年には建設会社から大きな関心を集めたと言われる鉄橋コネクタを発売するなど、着実に技術の応用範囲を拡大してきました。
MX3Dは独自のWAAMアプローチを使用して橋の建設も開始し、2021年6月にアムステルダムのアウデゼイズ・アハテルブルグワル運河に最初の12メートルの構造物を発表しました。 MX3D は、CSIC、インペリアル・カレッジ・ロンドン、アラン・チューリング研究所と連携して、建設現場にセンサーを組み込み、データを収集して構造物のデジタルツインを作成できるようになりました。
当時、ファン・デル・フェルデン氏は、この橋は自社の技術的成功への小さな入り口に過ぎないと主張した。最近の航空宇宙プロジェクトの成功を受けて、ESA の材料およびプロセス責任者である Thomas Rohr 氏は、MX3D のロボット主導の技術が今後さらに発展する可能性を認識しました。
Rohr 氏は次のように結論付けました。「MX3D の機能は、エンジニアリングとアートの素晴らしい融合を示しており、AM が社会に浸透したもう 1 つの素晴らしい例です。宇宙用途では、この技術はパフォーマンスの向上をもたらすだけでなく、これまでにない有利な設計ソリューションにつながる可能性があります。」
地球外宇宙での3Dプリント
MX3D の 3D プリント技術は確かに拡張性が高まっていますが、地球外の空間に住宅を建設するために使用されるのはこれが初めてではありません。たとえば、テキサスに拠点を置く ICON は、月面石膏のみを使用して恒久的な月面基地を建設できる地球外建設システムの開発を NASA から委託されました。
ICON は最近、火星の表面を訪れた際に宇宙飛行士が経験するであろう環境を正確に再現した火星居住施設を 3D プリントする契約を NASA から受けました。来年から、この構造物では、栄養システムの有効性と、火星への長期滞在による身体的・行動的影響を調査する NASA の 3 年間のフィールドテストが行われる予定だ。
一方、米国外では、ブラウンシュヴァイク工科大学とハノーバー・レーザーセンター（LZH）の科学者らが、無重力状態で初めて月の岩石を3Dプリントすることに成功した。チームの探査車に搭載されたレーザーが月の塵を溶かして月面の構造物を作り、乗組員が地球から月面まで重い貨物を運ぶ手間を省いた。

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