宇宙での製造：ESA が資金提供した無限サイズの高温 FFF 3D プリンター

はじめに：「あらゆるものを印刷できる」、この言葉は3Dプリントの概念が生まれてから現在までずっと親しまれてきました。しかし、技術的な条件、生産スペース、利用可能な材料の制限により、これは常に達成不可能な目標でした。現在、既存の技術を利用して無制限の大きさの部品を一方向に印刷するという突破口が開かれたようで、国際宇宙ステーションの製造ツールになることが期待されています。
アンタークティック・ベアは、欧州宇宙機関（ESA）の資金提供を受けたプロジェクトで、国際宇宙ステーション（ISS）向けの初期のFFF 3Dプリンターが設計・製造されたことを知り、3月初旬に開催されたESAの先進製造セミナーで、この名前のない3Dプリンターと関連機能を実演しました。この機械は高温エンジニアリングフィラメントに対応しており、参加者は長さ1.5メートルの硬質ポリマーロッドを製造する全工程を目撃した。 Project I MPERIAL の一部である 3D 印刷システムは、コンベアベルトアセンブリを使用して、(理論上) 無制限の長さの部品を 3D 印刷します。このプロジェクトに参加しているコンソーシアムには、ドイツの航空宇宙企業OHBとAzimut Space、アイルランド共和国のアスローン工科大学、ポルトガルの3DプリンタープロバイダーBEEVERYCREATIVEが含まれています。
△新しいProject IMPERIAL 3Dプリンターを使用して、長さ1.5mのポリマーロッドを製造します。写真はESAより。
宇宙産業グレードの FFF 3D プリント<br /> 宇宙グレードのプリンターは、多くの厳格な技術要件に準拠する必要があります。

PEEKなどの高性能エンジニアリングポリマー材料の印刷が可能
地球と同等の部品品質を維持しながら微小重力下で印刷する能力
一方向に無制限の長さの大きな部品を印刷する機能
システムの電力消費は厳しく制限されている
機械加工された部品は後処理なしで直接使用できます

これに加えて、機械が ISS に正常に統合されるようにするために、3D プリンターを設計する際には原材料の入手可能性も考慮する必要があります。部品製造後の残留スクラップは最小限に抑え、可能な場合は再利用する必要があります。
△無制限に印刷できるIMPERIAL FFFプリンター ESAのAdvanced Manufacturing Workshopで実演されたこの長さ1.5mの硬質ポリマーロッドは、実際のサイズよりもはるかに小さい3Dプリンターを使用して作成されました。このプリンターは、無制限のサイズの部品を一方向に印刷できます。これは、最終的には国際宇宙ステーションで使用されることを意図した 3D プリント技術の地上実証でもあります。 ESA の上級製造エンジニアである Adveneit Makaya 氏は、宇宙船の構造部品の大規模な地球外製造ソリューションを開発することが、将来の宇宙ミッションの持続可能性と堅牢性を高めるための重要なステップであると考えています。
△国際宇宙ステーション。画像はNASAより。
帝国プロジェクトとは何ですか?
IMPERIALと呼ばれるこのプロジェクトは、現在の3Dプリンターの構築上の限界を克服し、機械の構築とメンテナンスを容易にし、将来の宇宙ミッションの自給自足性を高める、地球外製造方法の開発を目的としています。
△IMPERIALプログラムに先立ち、ESAコンソーシアムはMELTプログラムの下で微小重力機能を備えた3Dプリントシステムを開発しました。画像はBEEVERYCREATIVEより。
「この活動により、高性能熱可塑性プラスチックを処理できる小型3Dプリンターを使用しながら、3Dプリントの主な制限の1つである造形体積を克服しました」とESAの材料専門家であるウーゴ・ラフォント氏は述べた。「これは、このオンデマンド製造プロセスの適用分野を拡大する素晴らしい成果です。」OHBプロジェクトマネージャーのアントネッラ・スガンバティ氏はまた、高性能ポリマーを使用したFFFは重力環境の影響を受けず、新たな課題への道を開くと述べた。プロジェクト中、BEEVERYCREATIVE のプロトタイプ開発とテストにより、一方向への無制限の印刷という独自の成果が達成され、地球外での製造プロセスが可能になりました。
中国の無限大3Dプリンター <br /> Shenzhen Chuangxiang 3Dは、2020年11月にKickstarterで3DPrintMillと呼ばれる無限Z軸FDM 3Dプリンターのクラウドファンディングを開始しました。無限 Z 軸プリンターである 3DPrint Mill は、コンベア式のプリントベッドだけでなく、プリントヘッドが取り囲む傾斜ガントリーもユニークです。これは、連続印刷やサポートなしで張り出した構造を印刷する機能など、3D プリンターに望ましいいくつかの特性を導入した非常に特殊な設計です。

3DPrintMill の心臓部は CoreXY (またはそのバリエーション) であり、従来のプリンターとの主な違いは、XY ガントリーとモーションシステムが傾斜していることです。プリントヘッドに対して垂直な Z 軸で移動する平らな固定領域ベッドの代わりに、ローリング Z 軸を使用します。印刷プラットフォームの周期的な動きにより、印刷されたアイテムをコンベアから取り除くことができれば、機械は理論的にはこの回転 Z 軸上で無限に印刷することができます。

参考: 1. 好きなだけ3Dプリント
2. 長さ制限のない3Dプリント
3. ESAコンソーシアムがISS用の高温FFF 3Dプリンターを開発
4. プロジェクト IMPERIAL
5. Chuangxiang 3D無限Z軸とカーボンファイバーコンベアベルト3DプリンターがKickstarterクラウドファンディングで発売される