革新的な軌道上ロボット支援積層造形手法

航空宇宙ロボティクス業界では、厳しい公差要件、安全基準、マイクロマニピュレーションのニーズを満たすために極めて高い精度が求められます。NASAジョンソン宇宙センターからロケット製造業界のリーダーまで、メカデミックの航空宇宙分野のお客様は、Meca500ロボットアームによる自動化で比類なき精度の恩恵を受けています。Meca500は、繊細な航空宇宙用電子機器の組立、品質検査・テスト、小型部品の精密加工、さらには地球外物質のマイクロマニピュレーションに日常的に採用されています。

5µmの繰り返し精度により、ロボットは各タスクを確実に、同一に、同じレートで実行することを保証します。ビジョンシステムとセンサーを装備すれば、高い作業レートでさらなる精度が得られます。

ロボット支援積層造形の新研究

外宇宙でオンデマンドで構造物をプリントする能力は、宇宙探査の成功に不可欠となっています。NASA、SpaceX、ボーイングなどはすでに数百の部品をプリントし、積層技術の革新的な活用法を模索しています。

この新しい研究論文では、Meca500を用いて、宇宙空間でこのような機能的構造物をプリントする新しい方法が評価されています。

エアベアリングテーブル上のロボット・フリーフライヤーを用いて、大型構造物を製造する2つの方法が検討されました：

1. フリーフライヤー移動中に押出しを行う方法、および
2. 大型構造物をセグメントに分割してプリント・組立する方法。

論文「軌道上積層造形のための大型フリーフォーム3Dプリントの実現可能性調査」から抜粋：

"大規模な軌道上積層造形（AM）と組立は、宇宙での恒久的な人間の存在を促進するモジュール式で資源節約型のアプローチとして検討されています。

これを実現するために、自由飛行キューブサットのリーチと協働ロボットアーム[Meca500]、3Dプリンターを組み合わせ、セットアップ自体より大きなサポートフリーの熱可塑性構造物をフリーフォーム製造する新しいAMアプローチが開発されました。

連続プリント法は、単一ラインの材料で一貫した結果を生成可能でした。セグメント化プリント法を用いることで、長さ700mmを超えるトラス構造のプリントが可能になりました。サポートフリー・プリント法の重力ベクトル方向への依存性が調べられ、目視検査の結果、−1gでのプリントが1gでのプリントと判別できない差異しか生じないことが判明しました。したがって、この方法は重力方向に依存せず、微小重力下でも使用可能と考えられます。

小型宇宙機が、3Dプリントヘッド・エンドエフェクタを備えたロボットアームを用いて、自機より大きなサポートフリー構造物を製造する実現可能性を実証しました。このような宇宙機を用いれば、無限の寸法のサポートフリー3Dプリントが可能になり、他者が提案するトラス製造機よりも柔軟性が高まります。"

画像と研究 © 研究著者：
D. Jonckers*, O. Tauscher*, E. Stoll†, and A. Thakur*‡

*ブラウンシュヴァイク工科大学 宇宙システム研究所、ドイツ・ブラウンシュヴァイク
†ベルリン工科大学 宇宙技術研究所、ドイツ・ベルリン
‡責任著者：aditya.thakur@tu-braunschweig.de

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