欧州宇宙機関が3Dプリントによる無摩擦ギアプロジェクトを支援

3D プリンティング インダストリー アワード 2023 のノミネートが開始されました。3D プリンティングのリーダーは誰ですか? 11 月 30 日、ロンドンを拠点とするライブ授賞式で 20 部門の受賞者が発表されます。

スイス電子マイクロテクノロジーセンター (CSEM) は、金属 3D プリンティングの専門家である 3D Precision and Space および Naval SME Almatech SA と協力して、準拠回転減速機構 (CRRM) の設計、3D プリンティング、テストを行いました。

高性能ステンレス鋼で 3D プリントされたオールインワンの CRRM は、摩擦のないギアの「コンプライアンス機構」です。

このギア システムは、潤滑剤を必要とせずに、スラスター、センサー、望遠鏡のレンズやミラーなどの航空宇宙コンポーネントを正確に回転できるように設計されています。 これを達成するために、CRRM は曲げ、つまり「弾性変形」を利用し、24 枚の曲げ可能なブレードを組み込んでおり、そのうち 16 枚は連動しています。

「COMAM」と呼ばれるこのプロジェクトは2018年に開始され、欧州宇宙機関（ESA）の総合支援技術プログラム（GSTP）の資金提供を受けて行われた。 CSEM によって設計された CRRM は 3D Precision によって 3D プリントされ、性能テストは Almatech SA によって実行されました。

「変形可能な部品と剛性の部品は、単一のモノリシック構造として一緒に構築されているため、時間のかかる組み立てや調整が不要です」と ESA 技術責任者のパオロ・ザルトロン氏は説明しました。 「その珍しい形状は積層造形技術の限界を押し広げ、前例のない高い柔軟性と軽量化につながる高度な最適化技術の結果です。」

摩擦のないギアを 3D プリントする

宇宙用途では、潤滑剤を使用すると、デリケートなシステムに望ましくない汚染が生じ、磨耗が誘発され、コンポーネントの全体的な動作寿命が短くなる可能性があります。 そのため、潤滑を必要としない摩擦のない機構は特に魅力的です。

コンプライアンス機構は宇宙用途ではよく知られており、摩擦ゼロの動作が要求される場所でよく使用されますが、その設計と製造は困難です。 これは、これらの機構が複雑な構造を持ち、伝統的に機械加工、検証、位置合わせ、固定が行われるさまざまな精密部品で構成されているためです。

積層造形は、設計の自由度や、組み立てを必要とせずに複雑なモノリシック形状を製造できる可能性など、これらの機構の製造に大きな利点をもたらします。 実際、CRRM に 24 枚のたわみブレードを統合して交差ピボットと 8 つの中間ステージを形成することは、積層造形を使用しない限り、このような少量では不可能であると主張されています。 さらに、3D プリンティングの利点により、適切な運動学を確保するためにたわみ構造間の位置合わせは必要ありません。

メカニズムを設計するために、チームはパラメトリック最適化とトポロジー最適化を組み合わせました。 この組み合わせにより、部品の質量と固有振動数が大幅に改善され、550 Hz を超える第一固有モードが得られると言われています。 最終的に、CRRM は回転運動を 10 分の 1 に減らすことができ、特にスキャン、ポインティング、キャリブレーション、またはフリップミラー機構に役立ちます。

このプロジェクトの全体的な結果は「非常に有望」であると見なされていますが、性能と寿命のテスト結果は、製造およびテストされた 2 つのブロードボード モデルの歪みの影響を受けました。

テストプロセスの完全な結果、および CRRM の開発と製造に関する詳細情報は、CEAS Space Journal から入手できます。

航空宇宙部品の 3D プリント

航空宇宙部品の製造に積層造形を使用することは、何も新しいことではありません。 今年の初めに、オーストラリアの熱伝達専門家コンフラックス・テクノロジーが、ドイツに本拠を置く宇宙ロケット製造会社ロケット・ファクトリー・アウグスブルク（RFA）と提携し、同社の 3D プリントによるコンフラックス熱交換器技術を軌道ロケットに組み込んだことが発表されました。