ロケットエンジン
気象データ、通信、全地球測位システム、全地球写真、地図など、小型衛星を活用するサービスや、場合によっては完全に小型衛星に依存するサービスが増えています。これらの超小型衛星を軌道に投入するには、小型のロケットが必要です。こうしたロケットに対する市場の需要は着実に高まっています。ここ数年、この「ニュー・スペース」産業は、さまざまな新興企業や開発に特化した企業によって急速に花開いています。最も効率的なエンジンで最大のペイロードを宇宙に打ち上げることに成功した企業が、競争を制することになります。
アディティブ・マニュファクチャリングは、最適なエンジン設計を維持しながらコストを低く抑えるための重要なアプローチですが、これはエンジンを3Dプリントで一体化できる場合にのみ有効となります。
ロケットエンジンの3Dプリンティング
3Dプリンティングは、ロケットエンジンを製造する際に決定的な利点をもたらします。さらに、パーツの機能を完全に再構築し、再発明することができます。例えば、燃焼室に一体型の冷却チャネルを組み込んだり、複数のパーツを1つのオールインワン設計に統合したりすることができます。
「EOSとAMCMの支援を受けて、米国の新興企業LAUNCHERは、小型から中型のペイロードをこれまで以上に効率的に宇宙に打ち上げることに取り組んでいます。その成果として、斬新で革新的なロケット設計や、単一の部品として積層的に製造されたこれまでの世界最大のロケットエンジンがあります。」
エンジンは、標準的なロケット設計に基づいていますが、最適な冷却のために内部リブが拡張されています。LAUNCHERは、3Dプリンターの恩恵で、この新しいエンジンを迅速かつコスト効率よく構築し、テストし、さらなる開発を進めることに成功しました。
3Dプリントされた世界最大の一体型ロケットエンジン
障害となったのは、造形容積の大きさと難しい材料特性だった。EOSのグループ会社で、顧客の要望に合わせた専用機を提供するAMCMは、この難題を引き受けました。
「AMCMのM4Kマシンで銅合金から3Dプリントされた燃焼室は、液体ロケットエンジン用の単一ピース燃焼室としては世界最大です。」
チャンバーの高さは86cm（34インチ）、出口ノズルの直径は41cm（16インチ）。このブースターは最近、E-2ブースターの開発・試験プログラムを加速させるために開催された米空軍スペース・ピッチ・デーで150万ドルの賞金を獲得した。最初の大規模な試験運転はすでに計画されている。アニメーションは、付加製造部品と従来製造部品で構成された完全な燃焼室を示している。
「従来、この種の部品を製造するには、カスタムマシンに数百万ドルの投資が必要でした。現在、3Dプリンティングでは、燃焼室、ノズル、ネックを一体化してプリントするオプションがあります。この進歩のおかげで、私たちの仕事はかつてないほど簡単になりました」
マックス・ハオット、ランチャー創設者
事例
アリアン6ロケットエンジン用噴射ヘッド
ArianeGroupは、新しいAriane 6ロケットブースターの重要なエンジン部品を製造するために産業用3Dプリンティングを選択しました。EOS Additive Mindsチームと協力し、リスクを分析し、コストを見積もり、レイアウト設計やフロー計画を含む製造プロセスを最適化しました。
このコラボレーションは素晴らしい結果をもたらしました：
- -2165時間の生産時間短縮
- -50％のコスト削減
- -247の部品を1つの部品に削減
- 機能統合
詳しくは以下のビデオをご覧ください。
「アリアンプログラムでは、当社の革新的な強みとEOSの専門知識が組み合わされています。私たちは協力して、ロケットエンジンの噴射ヘッドを付加製造する準備を進めています。その結果、生産時間が大幅に短縮され、コストが50％削減されます。」
ステフェン・バイヤー博士、アリアングループ製造技術-材料・プロセス部門長
