【3Dプリンティング】大型金属3Dプリントロケットエンジン

従来のインジェクタは単一の部品ではなく、数千もの独立した精密部品を複雑な加工、シール、組み立て工程を経て組み合わせたシステムでした。

LEAP 71とNikon SLM Solutionsが今回実証した製造方法は、システム全体をそのまま「一体成型」として造形（成長）させるアプローチです。これは一体型金属3Dプリンティングの代表的な事例であり、複雑な構造の統合におけるアディティブ・マニュファクチャリングの価値を改めて提示しています。

この部品は直径600mmに達し、航空宇宙グレードのニッケル合金「IN718」を使用しており、大型かつ複雑な構造を持つ金属3Dプリント宇宙用部品の一つです。

本部品はNikon SLM Solutionsの産業用金属AMシステム「NXG 600E」を用いて造形され、両社による2年以上にわたる共同研究の重要な進展を示しています。

フルフロー・ステージド・コンバッション（全流量段階燃焼サイクル）は、推進剤の化学エネルギーをより効率的に推力へと変換できる、効率的なロケット推進の重要技術と見なされています。

しかし、この先進的なエンジンサイクルは、複雑な噴射機構を通過する高温の予備燃焼メタンや酸素を処理する必要があるなど、より厳しいエンジニアリング上の課題をもたらします。

XRB-2E6エンジンの推力は約200トンで、現代の大型打ち上げロケットで使用されている高推力エンジンと同等クラスです。LEAP 71は2027年第4四半期にXRB-2E6の実証試験を予定しています。

エンジンの確実な製造プロセスを早期に検証するため、LEAP 71は積極的に製造パートナーを模索し、大型金属3Dプリンティング設備を活用して複雑部品の一体成型を実現しました。

このインジェクタヘッドは、LEAP 71の大規模コンピュテーショナル・エンジニアリング・モデル「Noyron」によって完全自動生成されたもので、フルフロー・ステージド・コンバッション・サイクルの高熱負荷や高圧環境に耐えられるよう設計されています。

Nikon SLM SolutionsはLEAP 71と協力し、主要な製造パラメータをNoyronシステムに統合しました。これにより、計算モデルが部品を生成する際、NXG 600E装置の実製造条件が同時に考慮されます。

IN718 PRODパラメータセットおよびプロセス最適化により、チームは4日未満で大型かつ複雑な部品の造形を完了しました。迅速な製造能力は生産コストの削減に寄与するだけでなく、検証および設計イテレーションの高速化にも貢献します。

金属アディティブ・マニュファクチャリングは、LEAP 71のコンピュテーショナル・エンジニアリングの概念において重要な基盤です。これにより、Noyronは従来の加工、金型、組み立てによる制限を減らしつつ、複雑で高効率な構造を設計できるようになります。

LEAP 71はコンポーネントを単一の全体としてプリントすることで、精密加工とシールを要する数百個の標準部品の組み立てを回避しました。これにより、潜在的な故障リスク箇所を減らし、システムの信頼性を向上させ、生産サイクルを数週間から数日へと短縮できます。

Noyronは、エンジニアが幾何学的特徴を一つずつ作成することなく、抽象的な仕様に基づいてわずか数時間で完全なエンジン設計を生成できます。

最終的に生成されるのは機能が高度に統合された一体型部品であり、複雑な組み立て作業を必要とせず、最小限の後処理を行うだけでテストスタンドに設置可能です。このフローにより、迅速かつ頻繁な実地テストがサポートされ、そのテスト結果を活用して後続の設計を継続的に改善することができます。