3Dとは

Jun 21, 2023

3D プリント ロケットは、3D プリント技術を使用して積層造形されたコンポーネントを備えた宇宙船です。 ほとんどの従来型ロケットと比較して、3D プリントされたロケットは燃料効率が高く、重量が軽く、わずかな時間で組み立てられます。

3D プリントされたロケットのエンジンと機体は、接合部、継ぎ目、溶接を一切使わずに一体的に構築できます。 また、その積層造形プロセスは生産パイプラインを合理化し、工具をほとんどまたはまったく必要とせず、部品の数を減らし、同時に航空宇宙関連の新興企業がラピッドプロトタイピングに参加できるようにします。

3D プリントされたロケットは、主に積層造形された部品で構成される機能的な宇宙船です。

現時点では、3D プリント ロケットは主に衛星を輸送し、特定の低軌道に衛星を配置する衛星打ち上げロケットとして開発されています。 さらに開発が進めば、最終的には乗客を乗せた宇宙旅行や火星行きのミッションに使用される可能性がある。

民間ロケット会社リラティビティ・スペースの総合パフォーマンス担当シニアディレクター、ライアン・クラフト氏は「現在、ほぼあらゆるものが3Dプリント可能であり、将来的にはさらに多くのプリントが可能になるだろう」とビルトインに語った。 「課題は、何を印刷するか、そして印刷されたコンポーネントを打ち上げロケットシステム全体に最適に統合する方法を決定することです。」

関連資料17 3D プリントのアプリケーションと例

宇宙開発競争は 3D プリントでも同様に競争が激しく、各スタートアップが独自の斬新なアプローチを発明し続けています。 そうは言っても、積層造形には合計 7 つのタイプがあり、そのうちの 2 つが主導的です: 粉末床融合 (特に選択的レーザー焼結) と指向性エネルギー堆積です。

PCMagで3Dプリンターのテストとレビューを担当する上級アナリストのトニー・ホフマン氏によると、3Dプリントされたロケットとそのコンポーネントは、選択的レーザー焼結として知られる粉末床融合法を使って作られるのが最も一般的だという。 このプロセスでは、レーザーを使用して金属粉末を溶かし、層ごとに分散させて融合させ、目的の物体を作成すると彼は説明しました。

コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して、青写真がアップロードされ、薄い断面に分割されます。 その後、そのデータは製造装置 (窓とレベリング ローラーが組み込まれた大型の箱型の機械) に転送されます。 各ステップで、オフィス スキャナのビームのようにローラーが左右に移動し、粉末材料の薄い層を造形トレイ上に広げます。 次に、材料を結合する熱を加えて、プログラムされた指示に従ってレーザーがデザインを描画します。 造形トレイは 1 レベル下がり、前の固化した層の上に次の層が構築されます (したがって、「積層造形」の「追加」は「追加」となります)。 このプロセスは、設計が完了するまで繰り返されます。

しかし、ご想像のとおり、ロケットサイズの船を建造する場合、1 つの箱にすべてが収まるわけではありません。 NASA と Relativity によって使用されている別の技術は、指向性エネルギー蒸着として知られています。

レンセラー工科大学の機械工学、航空宇宙工学、原子力工学の教授であるカート・アンダーソン氏は、「製造しようとしている部品が非常に大きいため、これらのプリンターは非常に大型でなければなりません」と述べた。

この方法では、多軸ロボット アームが CAD モデルに従ってプラズマ アーク、レーザー、電子ビームなどのエネルギー源を方向付けます。 ノズルがフィラメント (おそらくアルミニウムやチタンを含む軽量の金属合金) を押し出すと、材料が溶解し、回転するビルド トレイ上に堆積します。

アンダーソン氏は、「多くの必要なロケット部品が薄肉の円筒形であることを考えると、ロケットの製造を目的とした 3D プリンタでは、非常に大きな中央のターンテーブルと連動して動作する空間ロボット マニピュレータを搭載する傾向があります。」と述べました。

このようにして、デジタル レンダリングをスケールの物理的な機能コンポーネントに変えることができますが、そのベースと作品が構築されるチャンバーのサイズに制限があります。

アンダーソン氏によると、酸化剤タンク、推進剤タンク、エンジン ノズル ベル、外側のロケット本体、配管の一部はすべて、3D プリントに適したロケットのコンポーネントです。 燃焼室、インジェクター、ポンプ、バルブもリストに含まれます。