3D プリンティングはロケットメーカーが垂直統合の目標を達成するのに役立ちます

今年初めにランチャーの E-2 ロケットがステニス宇宙センターでテストされたとき、10 メートルトンという驚異的な推力を生成しました。 すべての画像: ランチャー

最近メディアは、積層造形による燃料噴射装置、推進剤タンク、エンジン ノズル、その他数え切れ​​ないほどの非常に複雑なロケット部品の例であふれています。これらはすべて、人工衛星を軌道に乗せたり、人を月やその先へ連れて行ったりすることを目的としています。

ティム・ベリーと彼のチームは、これらの物語の多くに関与しています。 ベリーは、ロケットおよび衛星輸送機/ホスト型ペイロード プラットフォームの開発会社である Launcher の製造責任者です。

4月、カリフォルニア州ホーソーンの同社の3DプリントされたE-2液体ロケットエンジンは、最初の試験発射で10メートルトン（22,046ポンド）という驚異的な推力、288秒の海面ISP、および97.5%のc*を生成した。 NASAのステニス宇宙センターにて。 (比推力、略称 ISP または Isp、および特性速度、または c* は、ロケット エンジンの効率の尺度です。)

Click " target="_blank">ここでステニス宇宙センターのテストのビデオをご覧ください。

さらに、ランチャー社のオービター輸送機/ホスト型ペイロードプラットフォーム、つまりスペースタグは、今年後半にスペースX社のライドシェア打ち上げファルコン9トランスポーター6に乗って軌道に到達する予定だ。 タグボートの大部分は 3D プリントで作られています。

ベリーは自分自身を金属 3D プリンティングの大ファンの 1 人だと考えています。 しかし、必要に応じて、より伝統的な製造技術を優先してギアを切り替えることも、またその逆も同様です。

「例えば、ブラケットはトスアップだ」と彼は言った。 「そのため、機械工場の生産能力を超えている場合は、それらを 3D プリンターの 1 つに滑り込ませるかもしれません。私たちは、利用可能な生産能力と、可能な限り機器を稼働し続ける必要性に基づいて、このような決定を下します。」

「その能力があることは、垂直統合の利点の 1 つです。そのおかげで、私たちはアウトソーシングをほとんど行いません」とベリー氏は言いました。

Launcher の機械加工および製造エリアは、多くのショップがうらやむでしょう。 機器リストには CNC および手動旋盤が含まれます。 3 軸および 5 軸マシニング センター。 ガントリースタイルの CNC ミル。 TIG、MIG、および軌道管溶接機。 洗浄/コーティングライン。 チューブの曲げおよびフレア装置。 そして、金属加工施設にある通常の手動工具の品揃え。

E-2 エンジンの液体酸素冷却チャンバーは、銅合金から AMCM プリンターで一体として印刷されました。 ランチャーは、Velo3D Sapphire マシンで同軸インジェクターをプリントしました。

同社は、ロケット部品の結合、テストスタンドと組立治具の構築、燃料ラインと排気システムの製造、および多数の金属 3D プリント部品の仕上げ加工にこれらすべての機器を使用しています。

「部品の作成に使用するワイヤー EDM もありますが、その時間のほとんどは 3D プリントされた部品をビルド プレートから取り外すのに費やされます」と Berry 氏は付け加えました。

ベリー氏は、Launcher のハードウェアの 70% が、3 台のレーザー粉末床融合 (LPBF) マシンのうちの 1 台で最初に印刷されると推定しています。 Velo3D の Sapphire 3D プリンティング システムは 2 つあります。 1 つはインコネル 718 ターボポンプのコンポーネントと宇宙タグ船オービター用の部品の製造に特化しており、もう 1 つはチタン推進剤タンクを 24 時間体制で「稼働」させています。

「9 回のビルドごとに、エンジンを保持する推力構造を印刷します」と彼は付け加えました。

Launcher の 3 番目のプリンターである EOS M300 はスイッチ ヒッターです。 チタン、アルミニウム、銅の部品を交互に製造しており、近い将来、一部の安価な高融点金属や高強度アルミニウム合金の印刷に使用される可能性があります。

4 台目の LPBF プリンタが間もなく到着する予定です。 これは、EOS グループの子会社 AMCM GmbH が開発した M4K と呼ばれる大型 (450 x 450 x 1,000 mm) LPBF システムです。

「当社の CEO 兼創設者である Max Haot が M4K のインスピレーションの源でした」とベリー氏は述べています。 「彼は、他のエンジン製造業者と同じアプローチを取ることを望んでいませんでした。つまり、多数の小さなコンポーネントを印刷してから、それらをろう付けまたはボルトで接合するというものです。マックスと当社のチーフデザイナー、イーゴリ・ニキシチェンコは、よりシンプルにするためにモノリシック構造を望んでいました。強度と信頼性を重視して、彼は EOS と協力してカスタムの大型マシンを開発しました。」

ベリー氏は、他のロケット会社もランチャー社の先例に従い、より大型の新しく入手可能な機械でモノリシックチャンバー/ノズルプリントに移行していると付け加えた。

M4K の納入により、C-18150 が健全に供給されるようになります。 この銅-クロム-ジルコニウム合金は、コストがはるかに安く、ロケットエンジンの非公式の業界標準であるGRCop-42とわずかに異なる材料特性を備えていると伝えられています。

ランチャーの設備の整った機械工場と製造エリアは、製品を空に運ぶ上で重要な役割を果たしています。

「絶対に必要な場合を除き、GRCop のような超高価な金属を使用しなければならないような窮地に追い込まれることは望ましくありません。これは多くの競合他社が行ってきたことです」とベリー氏は付け加えた。確実に飛べるなら張り子でロケットを作ってやる、と冗談を言うのが好きです。」

Launcher では型破りな考え方が一般的です。 CEO の Haot 氏は、スタッフに対し、利用可能なツールに合わせて設計するように指示しています。この指示は常に肝に銘じています。 設計者はコンポーネントの設計と製造プロセスを調整して、可能な限り製品を社内で維持するだけでなく、冷却チャネル解析やロケット エンジンのシミュレーション用の独自のエンジニアリング ソフトウェアも開発しました。

このような取り組みは、お金を節約する以上のメリットをもたらします。 競争の激しい市場で、宇宙船を迅速、安全、そしてコスト効率良く打ち上げることが重要です。 とはいえ、パフォーマンスに関しては妥協はなく、ランチャーの乗組員はロケット推進システムと衛星配送システムをさらに最適化する方法を常に模索しているとベリー氏は述べています。

彼は、この考え方のおかげでハオットとデザイナーのニキシチェンコの功績を認めています。 「会社設立以来の彼らの信念は、高性能で低コストの宇宙へのアクセスです。」