NASAは、エンジン製造コストとエンジン重量の削減を目的としたプロジェクトの一環として、アルミニウム製の3Dプリントロケットエンジンノズルのテストに初めて成功した。ロケット エンジンのノズルは膨大な熱と圧力に耐える必要があるため、複雑な手順と数千の部品を使用して製造する必要があります。新しいエンジンにより、宇宙機関は深宇宙探査に関連するコストを削減し、より多くのペイロードを搭載できるようにロケットの重量を軽減することを目指しています。

2023年5月、NASAのRAMFIRE 3Dプリントロケットエンジンノズルは、華氏6,000度（摂氏約3,300度）もの高温環境でテストされた。画像: NASA

3D プリントのロケット エンジン ノズルを作成するために、NASA は積層造形に適しており、ロケット エンジンのストレスの多い作業条件に耐えることができるアルミニウムの改良型を開発する必要がありました。エンジン ノズルはロケットの最も重要なコンポーネントの 1 つであり、燃焼室と同様に、エンジンの燃焼および燃焼副生成物によって生成される極度の熱に耐えることができなければなりません。

このエンジン ノズルはアルミニウム A6061-RAM2 で作られており、NASA の第 4 次産業革命のための反応性積層造形 (RAMFIRE) プロジェクトの一部です。このプロジェクトは、ロケットの簡素化と冷却を可能にする設計変更の導入に重点を置き、3D プリントされたロケット エンジン ノズルの開発に特化しています。

ロケット エンジンのノズルは、底部にあるベル型の部品で、通常はノズルを通って流れる超低温の推進剤によって冷却されます。これは、ノズルの内壁にチャネルを機械加工することによって実現され、チャネルはエンジンの燃焼室に逆流して推力を生み出します。これらのチャネルには数百、さらには数千の個別のコンポーネントが必要であり、必然的に製造プロセスが複雑になり、コストと重量が増加します。

NASAはまた、ロケットエンジンのノズルと同じ素材で3Dプリントしたテストタンクを作成した。 3D プリンティング技術を使用してエンジン ノズルを作成することで、NASA とその RAMFIRE プロジェクトのエンジニアリングおよび製造パートナーである RPM Innovation は、ロケット エンジン ノズルを単一の部品から作成できるようになります。これにより、コストが大幅に削減され、エンジニアリング プロセスが簡素化されると同時に、ノズルも軽量化されます。特に重量がロケットの最大の制限の 1 つであるため、これらはすべて大きな利点です。エンジニアはロケットの重量、推進剤、ペイロードのバランスを注意深く調整し、打ち上げ時に実際に打ち上げられることを確認する必要があります。

アメリカ航空宇宙局 (NASA) は、ロケット エンジン部品の製造における 3D プリンティング技術の進歩により、特に星間ミッションでより多くのペイロードを搭載できるようになると考えています。 RAMFIRE 3D プリント ロケット エンジン ノズルについて、NASA は 22 回のテストを実施し、累積テスト時間は 579 秒、つまり約 10 分、テスト温度は華氏 6,000 度にも達し、成功しました。

さらに、NASA と RPM イノベーションは、エアロゾル ノズルと極低温液体タンクを構築しました。これらのパーツのアルミニウムは Elementum3D と協力して製造されました。ロケット製造における積層造形は比較的新しい分野であり、カリフォルニア州ロングビーチに本拠を置くロケット会社 RelativitySpace は、燃料タンク、エンジン、その他の部品の製造に 3D プリンティング技術の利用を開始しました。