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積層造形を推進する取り組みの一環として、研究者チームは NASA からの情報を活用し、宇宙機関がロボット月面探査車に使用しているデザインと同じホイールを 3D プリントしました。 このプロセスは、宇宙探査に必要な特殊な部品にこの技術がどのように使用できるかを強調しています。

エネルギー省のオークリッジ国立研究所 (ORNL) のチームにとって、揮発性物質調査極地探査車 (VIPER) の軽量ホイールは、設計のインスピレーションとして役立ちました。 NASAは、2024年に移動ロボットを使用して、月の南極近くの氷やその他の資源の可能性を調査したいと考えている。

このホイールは実際の探査機自体には使用されませんが、印刷されたホイールの性能は、来年月で使用される従来の構造のホイールと比較して NASA によって評価される予定です。

付加印刷は、設計の複雑さと材料特性のカスタマイズを可能にしながら、エネルギー消費、材料の無駄、リードタイムを削減できます。

ホイールを 3D プリントした ORNL にある製造デモンストレーション施設 (MDF) は、産業、輸送、クリーン エネルギー産業のさまざまな用途に向けて 10 年以上にわたってこの技術を開発してきました。

製造プロセスに関しては、同期レーザー、回転ビルド プレート、カスタマイズされた 3D プリンターが含まれており、金属粉末を正確に溶かして目的の形状にするために利用されました。 標準的な金属粉体床システムは、次の手順で動作します。 キャビネットサイズの機械内の固定プレート上に粉体の層をかき集めます。 次に、レーザーによって層を選択的に溶かした後、プレートをゆっくりと下げ、この手順を繰り返します。

新しいレーザーパウダーベッドフュージョンシステムのMDF開発を監督するピーター・ワン氏によると、ローバーホイールのプロトタイプに使用されたプリンターは人が入るのに十分な大きさで、ステージが同時に行われている間に実質的なアイテムを印刷する能力が優れているという。常に。 また、重要だったのは、「ホイールのデザインを垂直の層に「スライス」し、2 つのレーザー間の作業負荷のバランスをとって均等に印刷し、高い生産率を達成するために ORNL で開発されたソフトウェア」であると ORNL の声明は述べています。

研究チームによると、このプロセスにより生産速度が向上し、蒸着が 50% 早く行われるようになったという。 「私たちはこのシステムでできることのほんの表面をなぞっただけです。特に大規模かつ大量生産において、これがレーザーパウダーベッド印刷の未来になると私は本当に考えています」とワン氏は語った。

彼らの積層造形に関する研究は、ジャーナル Mary Ann Liebert に掲載されました。

3D プリントされたホイールの寸法は幅約 8 インチ、円周約 20 インチで、ニッケルベースの合金で作られていました。 研究チームによると、使用された積層印刷技術は、広い作業領域に微細な幾何学的ディテールを印刷できる能力を示し、コストを上げたり製造を複雑にすることなく、リムの複雑なデザインを可能にしました。

4 つの VIPER ホイールは来年使用される予定です。 対照的に、いくつかの製造手順と組み立てステップが必要でした。 VIPERの50ピースホイールリムは360箇所のリベットで接合されています。 ミッションの厳しい要件により、労働集約的で洗練された生産手順が必要でした。

対照的に、NASA のテストで 3D プリントされたプロトタイプが従来の構造の車輪と同じくらい耐久性があることが証明されれば、将来の探査車は代わりに、ORNL が作成するのにわずか 40 時間かかった単一のプリントされたホイール リムを採用する可能性があります。

研究者らは、積層造形プロセスにより、ORNLとNASAの専門家が、ホイールの剛性を高めるために、角度のついた側壁、ドーム状の形状、波状のトレッドなどの正確なデザイン要素の印刷を調査できるようになったと述べた。 従来の製造技術を使用すると、現在の VIPER ホイール設計にこれらの機能を組み込むことは不可能です。 より複雑なスポーク パターンとスポーク ロック機能を備えたホイールが可能になったにもかかわらず、3D プリントによりホイールの設計がよりシンプルになり、安価になり、組み立てが容易になりました。