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 次期国産主力ロケットとして宇宙航空研究開発機構(JAXA)が開発を進めている「H3ロケット」。そのメインエンジンである「LE-9」で不具合が発覚し、残念ながら試験機1号機の打ち上げが2021年度に延期された。今回のトラブルの原因との関連はないが、LE-9で採用されたさまざまな新技術の中で、筆者が特に注目しているのがアディティブ製造(3Dプリンティング)の適用だ。アディティブ製造は一般に生産性の低さが課題でコスト面が採用のネックとなりやすいが、JAXAは逆に、LE-9コストダウンの鍵とみている。

アディティブ製造を多くの部品に適用

 LE-9は、現行のメインエンジンである「LE-7A」と比べてコンポーネントの数を約20%削減し、高信頼性と低コストの両立をコンセプトに開発された。それを実現するために適用された新技術の1つがアディティブ製造だ*1。断面形状の積み重ねで立体モデルを造形するアディティブ製造は形状自由度が高く、切削加工などの従来工法では造れなかった複雑な形状でも造形できる。結果、部品の形状を最適化したり、複数部品を一体化したりするといった工夫が可能になり、大幅な軽量化が見込める。

図1 LE-9における製造コスト低減への取り組み(出所:JAXA)
図1 LE-9における製造コスト低減への取り組み(出所:JAXA)
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*1 このほか、「エキスパンダーブリードサイクル」「電動弁による可変推力」などもLE-9で採用された新技術の柱だが、ここでは詳細を割愛する。

 今回、LE-9では大きく2種類のアディティブ製造が適用される。いずれも、材質は金属だ。1つは、平らに敷き詰めた粉末材料の表面をレーザーで走査して断面形状部分だけを溶かし、その上に粉末を追加して同様の工程を繰り返す「粉末床溶融結合」(SLM:Selective Laser Meltingとも呼ばれる)。もう1つがレーザーを照射して金属を溶融した部分に金属粉膜を吹き付けていく「指向性エネルギー堆積」(LMD:Laser Metal Depositionとも呼ばれる)。後者は肉盛り溶接に近い手法である。