グリーンレーザー:積層造形における最大の秘密

3D でプリントされた部品は現在、別の惑星にあり、パーサヴィアランス探査車で火星に配備されています。 これは、3D プリンティングの別名である積層造形 (AM) が、推進装置や構造コンポーネントを含む宇宙探査コンポーネントの製造に使用される方法の成長を示しています。 打ち上げロケット、特にロケット エンジンの推進には、レーザー AM を使用する利点が非常に大きくなります。

AM の利点には、エンジン部品の総数の削減、設計の簡素化、独自のオーバーハング角度を持つ冷却チャネルの印刷、推力の向上などが含まれます。 もう 1 つの利点は、数百の部品とは対照的に、数十の部品を扱うことで、製造上の欠陥のリスクが軽減されることです。 AM専用に設計されたより優れた材料を使用することにより、熱容量と強度が向上し、エンジン効率の向上が可能になります。 エンジン効率の向上は、より高い軌道の達成やより大きなペイロードの輸送につながります。

積層造形により、より多くの飛行窓が開かれ、それに伴って宇宙へのアクセスも向上します。

レーザー AM における特別な革新の 1 つ、そしておそらく積層造形における最大の秘密は、グリーン レーザーの導入です。 (1063 nm の近赤外または NIR とは対照的に) 515 nm の可視スペクトルの波長を使用すると、銅、アルミニウム、金、銀、プラチナ、イリジウムなどの高反射材料のレーザー積層造形がより効率的になり、効率的。 これらの反射材料と組み合わせると、NIR レーザーはビームを金属に結合するのが難しくなり、反射損失、不安定な溶融プール、スパッタ、およびその結果生じる印刷部品の多孔性が生じる可能性があります。 従来のレーザー切断と溶接の側面で開発されたグリーン レーザー テクノロジーは、3D プリントに適用すると、そのような材料の加工にさらに合理的になります。 グリーン レーザー テクノロジーは、密度の向上、気孔率の低下、表面仕上げの向上、スパッタの減少、生産性の向上という結果をもたらします。 使用する部品とパラメータによっては、純銅粉末を使用した IR レーザー光源よりも最大 10 倍高速になる可能性があります。

銅および銅合金への関心は、NASA の Rapid and Analysis Manufacturing Propulsion Technology (RAMPT) プログラムによって牽引されてきました。このプログラムでは、IR レーザーを使用してレーザー粉体層溶融 (LMF、レーザー金属溶融とも呼ばれます) を使用して推力チャンバーを印刷します。 ニッケル合金と比較して銅の熱伝導率が向上していることは、この用途に銅を使用することを検討する説得力のある理由です。 Launcher や Virgin Orbit などの他の民間打ち上げ会社も、粉末床処理とレーザー DED (指向性エネルギー蒸着、レーザー金属蒸着の LMD とも呼ばれる) の両方によって大型の銅合金ベースのコンポーネントを製造しています。 銅のような反射率の高い素材に緑色波長レーザーを実装すると、印刷の品質と速度が向上することは明らかです。

現在調査されている銅合金 (C18150、GR Cop 42、GR Cop 84 など) については、より少ない欠陥でより高速な印刷速度を提供する生産性の向上が、スペースの利用改善に寄与するもう 1 つの要因となるでしょう。 TRUMPF はまた、粉末床溶融とレーザー DED または LMD の両方を使用した、グリーン レーザー付加プロセスを使用した銅パラメーターの開発にも取り組んでいます。

宇宙探査の製造ループを閉じ、これらのプロセスで付加技術を使用してリードタイムを短縮すると、最終的な宇宙船の飛行ウィンドウの数が増加します。 飛行時間枠、より高い軌道、より大きなペイロードの可用性が増加することにより、宇宙観光のためであれ、通信機器、探査機、望遠鏡などの配送のためであれ、宇宙に行く機会がさらに広がります。 宇宙探査に関わるのはエキサイティングな時期ですが、その秘密が明らかになりました。 グリーンレーザー技術は宇宙の扉を開く鍵です。

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