JP7270848B2 - 樹脂調合物 - Google Patents

Description

［技術分野］
本開示は一般に、成形された物品において使用され得る、混合され、次いで約６０℃の温度および１０ｋＰａ未満の圧力で少なくとも１０分間脱気される低揮発性オリゴマーの混合物、可塑剤、光開始剤、熱抑制剤および消泡剤を含むポリマー材料を架橋することに関する。

［背景技術］
３次元（３Ｄ）プリンティングは、デジタルモデルから任意の形状の３次元の物体を作製するための付加製造プロセスであり、スペースクラフトについて使用される場合、これらの物体は典型的には、使用のために宇宙空間に送られる前に作製される。たとえば、宇宙探査機および通信人工衛星といったスペースクラフトのための現在のアンテナは一般に、地球の地上において、宇宙空間において使用されるような構成で作製される。これらのアンテナは、宇宙にロケットで打ち上げられるスペースクラフト内に格納されつつ、リフトオフの加速度および振動音響力に対応することができるように、オーバーエンジニアリングされなければならない。この力は、（Goddard Space Flight Centerのテストプロトコルに従って）１４Ｇｓ（Ｇ力または重力）の直線加速度と、５０Ｇｓの広帯域振動と、１３８デシベル（ｄＢ）のノイズレベルと、５００Ｇｓまでの単一イベントの衝撃（single event shock）とを含み得る。

したがって、スペースクラフトにおける宇宙での使用を意図したほとんどの従来のアンテナ、または、その点について任意の構造は、それらの一次的なミッションを実行するために必要とされるよりもはるかに強く重い、すなわち、無重力においてスペースクラフト上でアンテナまたは構造であるために必要とされるよりもはるかに強く重い。さらに、スペースクラフトの打ち上げコストおよびミッション能力は、スペースクラフトの重量およびペイロードシュラウド内において消費される体積によってほぼ完全に支配されるので、重いオーバーエンジニアリングされたアンテナをより軽くする方法を見つけ出すことには大きな価値がある。

フルサイズのリジッドアンテナの従来の代替例は、地球の地上において折り畳み可能であるようにアンテナを構築し、次いで、宇宙に運ばれた後および打ち上げ中に、モータ、点火デバイス（「起爆ボルト」）または熱膨張モータといった機構が、折り畳まれたアンテナを解放し、次いで、当該アンテナが軌道において所望の形状に展開する。これによって、残念ながら、長いレバーアームおよび低いばね力が必要とされる（真空での配備においては、空気による粘性減衰がないので、力は低く保たれなければならない）ため、展開機構が、ジャミングを含む多くの問題を被りやすく非常に複雑かつ繊細になる。このタイプの折り畳まれたアンテナの例としては、ガリレオ木星探査機上の折り畳み可能アンテナがあり、当該アンテナは可撓性であり、傘のように折り畳まれるように設計されていたが、実際には、１８個の傘の骨のうちの１５個のみが、それらの保持カップから自由にポップし、アンテナは部分的に折り畳まれた状態のままであった。この失敗は、木星から返される科学データの全体的なデータレートに大きく影響を与え、試行および問題を修復するためにリソースを費やしながら、ミッションコストを増加させることとなった。修復の努力は成功せず、ミッションプロファイルは、失敗したアンテナにより利用可能なより低いデータレートで動作するように変更された。アンテナを展開することは、地上で構造を製造し、次いでそれを宇宙に送ることに関する多くの問題のうちの１つにすぎない。

しかしながら、人工衛星上に大きなアンテナを配置することは、「競合する目標」である。アンテナサイズを増大させて、オペレーションでの使用のための改善された指向性を提供し、送信機電力を節約し、深宇宙のミッションにおいても高いデータレートを可能にする目標と、ロケット打ち上げの極度のＧ力および振動に対して堅牢であるコンパクトで軽量の宇宙探査機を有するという目標との間に、競合が存在する。

実際、宇宙において製造され得る任意の構成要素をスペースクラフトまたは人工衛星上に配置することが、さらに「競合する目標」に追加される。現在、従来の技術的製造プロセスは、無重力環境において動作するようには装備されていない。宇宙探索は、多くの課題に悩まされており、宇宙においてどのように製造を行うかを見つけ出すことは、まだ対処されていない積年の課題である。たとえば、３Ｄプリンティングに関して、宇宙での３Ｄプリンティングは最近まで企図されておらず、３Ｄプリンティングに関するいくつかの課題は、押出技術および供給材料組成物を含む。無重力環境における製造は、宇宙における構成要素の堅牢な製造を可能にするために、まだ発見されていない特定の技術的新規性を必要とする。

したがって、宇宙環境での製造に使用される３Ｄプリンティング供給材料を開発することによってさらなる宇宙探索を可能にする、オペレーショナルアンテナまたは他の構造、構成要素もしくは部品の製造といった、宇宙において構成要素を製造するための技術分野において必要性が存在する。

［発明の概要］
本開示は、付加製造のためのシステムおよび方法に関し、より特定的には、３Ｄプリンティングによる軌道における３次元（３Ｄ）物体の作製に使用される３Ｄプリンティング供給材料に関する。特に、成形された物品、すなわち、架橋された伸張ポリマー材料を含む成形された物品において使用され得る、混合され、次いで約６０℃の温度および１０ｋＰａ未満の圧力で少なくとも１０分間脱気される低揮発性オリゴマーの混合物、可塑剤、光開始剤、熱抑制剤および消泡剤を含むポリマー材料を架橋することに関する。

たとえば、本開示のいくつかの実施形態は、樹脂調合物を含み、当該樹脂調合物は、樹脂調合物の約４０重量％～７５重量％の低揮発性オリゴマーの混合物と、樹脂調合物の約２５重量％～５５重量％の可塑剤と、樹脂調合物の約０．１重量％～３．０重量％の光開始剤と、樹脂調合物の約０．００１重量％～４重量％の熱抑制剤と、樹脂調合物の約０．０００１重量％～０．１重量％の消泡剤とを含む。低揮発性オリゴマーの混合物は、光開始剤、熱抑制剤および消泡剤と組み合わされ、混合され、次いで約６０℃の温度および１０ｋＰａ未満の圧力で少なくとも１０分間脱気される。

本開示のいくつかの実施形態は、無重力環境において使用され得る、３Ｄプリンティングまたは付加製造のためのフォトポリマー樹脂に関する。フォトポリマー樹脂は、３Ｄプリンタに関連付けられる供給材料に格納され得、地球上においてスペースクラフトに格納され得、次いで、スペースクラフトによって軌道または宇宙環境に輸送され得る。本開示のフォトポリマー樹脂は、３Ｄプリンティング性能を維持しつつ地球から軌道内への移動に耐えるように調合される。

本開示のいくつかの実施形態は、低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー配合物と、光開始剤と、抑制剤と、可塑剤として作用するととともにそうでなければグリース様であるオリゴマーの粘度を減少させる低揮発性ポリフェノールエーテル油とから構成される樹脂を含む。ポリフェニルエーテル油と、脂肪族ウレタンアクリレートから形成された架橋ポリマーとは、化学的に相溶性であり、安定した均質な固体混合物を形成する。より具体的には、供給材料のうちのいくつかは、以下に向かって調合され得る樹脂を含む。すなわち、
（ａ）オリゴマーのみの供給材料であって、約９個の官能基および約１８００００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマー１０重量％から構成され、９個の官能基オリゴマーは、透明なな液体多官能ウレタンアクリレートオリゴマーであるものと、
（ｂ）約２個の官能基および約７０００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーが１０重量％であり、２個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマーであるものと、
（ｃ）約６個の官能基および約３５００ｃｐｓの粘度を有する約０～１００重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーが４０重量％であり、６個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートオリゴマーであるもの（３つすべてが脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーである）と、
（ｄ）可塑剤が４０％であって、当該可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０－４ｋＰａ未満である真空油であり、真空油は、ポリフェニルエーテル真空油、すなわち多環ポリフェニルエーテルであるものと．．．であり、
．．．約２０００ｃｐｓの粘度を有する樹脂ベースの供給材料が与えられる。

別の可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０^－４ｋＰａ未満の真空油であってもよく、当該真空油は、ポリフェニルエーテル真空油であり、代替的には、５環ポリフェニルエーテルを有するポリフェニルエーテルである非常に低い揮発性の真空油であり得る。

さらに、この供給材料は次いで、添加された増感剤および安定剤を有し得、典型的には、（供給材料に対して）１重量％の光開始剤としてのＢＡＰＯ（ビス－アシルホスフィンオキシド）と、３％の熱重合抑制剤としての４－ＭＰ（４－メトキシフェノール）とを有し得る。さらに、この供給材料には、脱気を補助するよう発泡防止剤として非常に少量（０．３７重量％）のＢＹＫ－０８８（市販の長鎖アルカン混合物）が添加され得る。

非限定的な例として、第１のオリゴマーの大きな割合（４０％）は、第１のオリゴマーが６個の官能基（結合可能な架橋部位）を有するように調合され、これにより、強力かつ反り抵抗のあるポリマーマトリックスが作製されることで正当化され得る。このオリゴマーは、約３５００ｃｐｓの未反応ベース粘度（unreacted base viscosity）（寒い日の糖蜜に匹敵する）を有する。第２のオリゴマーは、２個の官能基を有し、ベース粘度は７０００ｃｐｓであり、第３のオリゴマーは、９個の官能基を有し、粘度は１８００００ｃｐｓ（ほぼ固体）である。可塑剤は、（高品質のスパーワニスに匹敵する）１９０ｃｐｓちょうどの粘度を有する真空油であり得、混合および消泡プロセスをより制御しやすくする。

いくつかの実施形態は、オリゴマー混合物と、光開始剤と、抑制剤と、発泡防止剤とを含み、次いで、押出機に充填する前に、真空オーブン中で５ｋＰａおよび６０℃で約１５分間脱気される最終押出機供給材料混合物を含み得る。当該押出準備が整った材料の推定は、室内温度で約２０００ｃｐｓの粘度を有し得る。

実際的な適用例
樹脂調合物を含む本開示の実施形態は、宇宙環境において軌道上にある間に、無重力で３Ｄプリンティングを介して構成要素を作製するために使用され得る。宇宙における宇宙飛行士またはオペレータは、地球または他の場所から無線通信を介して１つ以上の構成要素のデジタルデザインを受信することが可能であり、当該１つ以上の構成要素は、受信したデジタルデザインから３Ｄプリンティングを介して作製され得る。樹脂調合物を含む本開示の実施形態のいくつかの実現される利点は、１つ以上の構成要素が宇宙環境において軌道で作製され、これは、構成要素を宇宙に輸送する必要がないという実質的な節約につながり、時間およびコストに関して節約が得られることである。さらに、部品およびツールまたは任意のタイプの構成要素を３Ｄプリンティングを介して３Ｄでオンデマンドでプリンティングする能力を有することは、宇宙ミッションの全体的な信頼性および安全性を増加させる。

たとえば、本開示の樹脂のいくつかは、軌道上でアンテナ反射器または何らかの他の部品もしくはデバイスを３Ｄプリンティングするよう、３Ｄプリンタのための供給材料として使用され得、感光性樹脂は、ＵＶに晒されると、安定した耐熱性固体に架橋することによって重合する。アンテナは、軌道上で作製されるので、微小重力において、軌道修正操作に耐えるのに必要とされるよりも堅牢である必要はない。したがって、アンテナは、打ち上げおよび軌道投入の応力に耐えなければならないいくつかの従来のアンテナよりもはるかに薄く軽量であり得る。

プリンティング後、プリンティングのために付加的なモータが必要とされる場合があり、その後、アンテナの焦点と、軸外照準と、ビームパターンスキント制御とを調整するために、かつ、主なスペースクラフトバスに対するプリンティングされたアンテナの非ホロノミック運動を使用することによって軌道上でアンテナビームを迅速に照準するために、利用可能となり得る。アンテナの詳細は、実際のプリンティングまで決定されないので、スペアのスペースヴィークルをあらかじめ打ち上げし、特定の用途に応じて、オンデマンドで特定の（場合によっては非対称な）ビームパターンでアンテナをプリンティングすることが可能である。

スペースクラフトアンテナとして使用されるべき、適切な形状制御および表面平滑性を有する構造のフリーフォーム３Ｄプリンティングの実現可能性を検証するために、本開示のいくつかの候補の樹脂を押し出すための実験中において、ヘッド・アンド・ラムフリーフォーム３Ｄプリンタ（head-and-ram free-form 3D printer）が構築された。ＵＶに３Ｄプリンタを浴びせつつ、初期の候補の低揮発性樹脂を使用して、シンプルなダイポールフィードによりＫｕバンド（１３．５ＧＨｚ）において～ｆ／１の焦点比および２８ｄＢの測定ゲイン（対ダイポール）を有する１６５ｍｍ（６．５″）のパラボラアンテナを、空気中および地球の重力においてフリーフォームプリンティングすることに成功した。さらなる樹脂候補は、～２５ミリバールの真空下で押出された際に望ましい構造発泡体を作製することによって、強度対重量比を改善した。

本開示の実施形態によれば、樹脂調合物は、樹脂調合物の約４０重量％～７５重量％の低揮発性オリゴマーの混合物と、樹脂調合物の約２５重量％～５５重量％の可塑剤と、樹脂調合物の約０．１重量％～３．０重量％の光開始剤と、樹脂調合物の約０．００１重量％～４重量％の熱抑制剤と、樹脂調合物の約０．０００１重量％～０．１重量％の消泡剤とを含む。

本開示の別の実施形態によれば、樹脂調合物は、樹脂調合物の約６０重量％の低揮発性オリゴマーの混合物と、樹脂調合物の約４０重量％の可塑剤と、樹脂調合物の約１．０重量％の光開始剤と、樹脂調合物の約３．０重量％の熱抑制剤と、樹脂調合物の約０．００２重量％の消泡剤とを含む。

本開示の別の実施形態によれば、樹脂調合物は、約０．１重量％～５．０重量％の光開始剤と、約４５重量％～９９重量％の１つのオリゴマーまたは組み合わされた複数のオリゴマーと、約０重量％～６０重量％の真空油と、約０重量％～約５重量％の熱抑制剤と、約０重量％～約１重量％の消泡剤と、約０重量％～約５重量％の微小気泡としての非反応ガスと、溶液に溶解した約０重量％～約５重量％の非反応ガスと、気泡核形成部位を有する約０重量％～約５重量％の微粒子材料と、機械的圧力波または超音波圧力波に晒されると、微小気泡形成に晒される約０重量％～約５重量％の半揮発性材料とを含む。

添付の図面を参照して、ここで開示される実施形態がさらに説明される。示される図面は、必ずしも尺度決めされておらず、その代わりに、ここで開示される実施形態の原理を説明する際に一般的に強調がなされている。

本開示の実施形態に従った樹脂調合物を示すブロック図である。 本開示の実施形態に従った、樹脂を調合するためのいくつかのステップを示すブロック図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、押出機ＣＡＤモデルを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、アンテナを空気中でプリンティングする、アルミニウム箔で被覆された３Ｄプリンタを示す写真の図である。 本開示の実施形態に従った、スプレーオン導電コーティングなしで空気中でプリンティングされた放物面反射器と、ＲＦ性能のためのスプレーオン導電コーティングにより空気中でプリンティングされた放物面反射器とを示す写真の図である。 本開示の実施形態に従った、ゲインおよび焦点距離テストのためのダイポールを有するように構成された、ＲＦ性能のためのスプレーオン導電性コーティングにより空気中でプリンティングされた放物面反射器を示す写真の図である。 本開示の実施形態に従った、すべてが２２ｍｍ（１２ＧＨｚ）のダイポールフィードでテストされた、１０ｇＨｚ、１３．５ｇＨｚ、および２０ｇＨｚにおけるフリースペースダイポールに対するゲインを示すグラフである。 本開示の実施形態に従った、スペースクラフトバスの外面に位置決めされた、環境条件を感知するコマンドシステムのセンサを示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、宇宙において押出機に近接するエリア、または、他の構成要素に近い他のエリアの環境条件を制御する局面を示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、宇宙において押出機に近接するエリア、または、他の構成要素に近い他のエリアの環境条件を制御する他の局面を示す概略図である。 本開示の実施形態に従った、代替的なコンピュータまたはプロセッサを使用して実現され得る図９のコマンドシステムと通信するプロセッサまたはコンピュータを示すブロック図である。 光によって誘導される重合を示す概略図である。

上記で識別された図面は、ここで開示される実施形態を記載しているが、議論において記載されるように、他の実施形態も企図される。本開示は、限定ではなく例示として例示的な実施形態を提示する。当業者によって、ここで開示される実施形態の原理の範囲および精神に該当する多数の他の修正例および実施形態が考案され得る。

［実施形態の説明］
図１Ａは、本開示の実施形態に従った樹脂調合物を示すブロック図である。たとえば、樹脂調合物は、３Ｄプリンタを介して軌道において３次元（３Ｄ）の物体を作製するための３Ｄプリンティング供給材料として使用され得る。特に、樹脂調合物は、成形された物品、すなわち、架橋された伸張ポリマー材料を含む成形された物品において使用され得る、混合され、次いで約６０℃の温度および１０ｋＰａ未満の圧力で少なくとも１０分間脱気される低揮発性オリゴマーの混合物、可塑剤、光開始剤、熱抑制剤および消泡剤を有するポリマー材料を架橋することを含む。

図１Ａに示されるように、本開示のいくつかの実施形態は、樹脂調合物の約４０重量％～７５重量％の低揮発性オリゴマーの混合物と、樹脂調合物の約２５重量％～５５重量％の可塑剤と、樹脂調合物の約０．１重量％～３．０重量％の光開始剤と、樹脂調合物の約０．００１重量％～４重量％の熱抑制剤と、樹脂調合物の約０．０００１重量％～０．１重量％の消泡剤とを有する樹脂調合物を含む。

図１Ｂは、本開示の実施形態に従った、樹脂を調合するためのいくつかのステップを示すブロック図である。たとえば、図１Ｂのステップ１は、可塑剤（ｂ）、光開始剤（ｃ）、熱抑制剤（ｄ）および消泡剤（ｅ）と組み合わされる低揮発性オリゴマーの混合物（ａ）を含む。

図１Ｂのステップ２は、低揮発性オリゴマーの混合物（ａ）と、可塑剤（ｂ）と、光開始剤（ｃ）と、熱抑制剤（ｄ）と、消泡剤（ｅ）とを混合することを含む。

図１Ｂのステップ３は、ステップ２の混合物を約６０℃の温度および１０ｋＰａ未満の圧力で少なくとも１０分間脱気することを含む。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本開示のフォトポリマー樹脂は、３Ｄプリンティングのための供給材料として使用され得るか、または、無重力環境で使用される何らかの他の付加製造プロセスのために使用され得る。本開示のこれらのフォトポリマー樹脂は、無重力において３Ｄプリンティング性能を制限することなく、地球から軌道への移動に耐えるように調合される。これらのフォトポリマー樹脂のうちのいくつかは、低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー配合物と、光開始剤と、抑制剤と、可塑剤として作用するとともにそうでなければグリース様であるオリゴマーの粘度を減少させる低揮発性ポリフェノールエーテル油から構成され得る。ポリフェニルエーテル油と、脂肪族ウレタンアクリレートから形成された架橋ポリマーとは、化学的に相溶性であり、安定した均質な固体混合物を形成する。より具体的には、供給材料のうちのいくつかは、以下に向かって調合され得る樹脂を含み、すなわち、（１）オリゴマーのみの供給材料であって、約９個の官能基および約１８００００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマー１０重量％から構成され、９個の官能基オリゴマーは、透明な液体多官能ウレタンアクリレートオリゴマーであるものと、（２）約２個の官能基および約７０００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーが１０重量％であり、２個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマーであるものと、（３）約６個の官能基および約３５００ｃｐｓの粘度を有する約０～１００重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーが４０重量％であり、６個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートオリゴマーであるもの（３つすべてが脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーである）と、（４）可塑剤が４０％であって、当該可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０－４ｋＰａ未満である真空油であり、真空油は、ポリフェニルエーテル真空油、すなわち多環ポリフェニルエーテルであるものとであり、約２０００ｃｐｓの粘度を有する樹脂ベースの供給材料を与える。別の可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０－４ｋＰａ未満の真空油であり、当該真空油は、代替的に、５環ポリフェニルエーテルを有するポリフェニルエーテルである非常に低い揮発性真空油であり得るポリフェニルエーテル真空油であってもよい。

引き続き図１Ａおよび図１Ｂを参照して、これらの供給材料は次いで、添加された増感剤および安定剤を有し得、典型的には、（供給材料に対して）１重量％の光開始剤としてのＢＡＰＯ（ビス－アシルホスフィンオキシド）と、３％の熱重合抑制剤としての４－ＭＰ（４－メトキシフェノール）とを有し得る。さらに、この供給材料には、脱気を補助するよう発泡防止剤として非常に少量（０．３７重量％）のＢＹＫ－０８８（気泡破壊ポリマーおよびポリシロキサンの溶液を含有する市販の長鎖アルカン混合物）が添加され得る。

実験
図２Ａから図２Ｆは、本開示の実施形態に従った、パラボラアンテナのフリーフォーム３Ｄプリンティングのシーケンスを示す概略図である。たとえば、図２Ａから図２Ｆは、フリーフォーム３Ｄプリンティングを表し、これは、図２Ａによると、スピンモータにマウントされる最小のハブから始まり、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄにて、徐々に３Ｄプリンティングが順次継続し、外側へ作用し、アンテナ放物面を動作状態に再位置決めすることを含む図２Ｆに至る。プリンティングされたアンテナ放物面は、３Ｕまたは６ＵのＣｕｂｅＳａｔであり得る。ここで、押出機ノズルは、非限定的な例として、スペースクラフトバスの左下上の小さな矩形であり得る。

従来の方法についてのいくつかの問題の識別
本開示に従った樹脂調合物を作製することについて最良の可能な結果を達成するために、実験を開始する前にいくつかの局面が考慮された。たとえば、フルサイズで軌道に配備される現在の従来の人工衛星アンテナ、または、軌道において１回展開するばね／モータ作動アンテナを含む、いくつかの従来の宇宙の方法の初期分析が検討された。学習されたいくつかの局面は、これらのフルサイズの従来のアンテナは、スペースクラフトにおいて多くの空間を占有し、その一方、従来のアンテナを展開することは、機械的に複雑であり、失敗しやすいということである。両方の従来のアンテナタイプは、打ち上げ（５～１０Ｇの直線加速度、および、５０Ｇまでの広帯域振動）に耐えるのに十分に強くされなければならず、これは、従来のアンテナが、地球から宇宙に輸送されるために、宇宙における実際の使用に対してかなり過剰に構築されていることを意味する。

引き続き図２Ａ～図２Ｆを参照して、これらの従来のアンテナに関するいくつかの主要な問題は、小型人工衛星（ＳｍａｌｌＳａｔｓ）が現在、大きな高ゲインアンテナを配備する能力を有していないといったような、それらの物理的寸法および載貨の制限を含む。高ゲインアンテナは、送信機パワーの利用可能性が低いことにより、ＳｍａｌｌＳａｔｓにおいて特に有用である。しかしながら、新しい打ち上げ機会の到来と、何千もの数の人工衛星コンステレーションについての提案と、オンボード電子機器のサイズおよび電力消費の減少とにより、ＳｍａｌｌＳａｔは一般化している。ＳｍａｌｌＳａｔの新たな流行に伴い、上述した従来の通信能力における限界を克服することへの注目が増加している。１ｋｇと１０ｋｇとの間の重量のキューブ人工衛星（ＣｕｂｅＳａｔｓ）は、今日の宇宙技術産業にとって特に興味深いものである。

従来の宇宙の方法を検討した後に学習されたいくつかの局面
確かに、従来の宇宙の方法は、スペースクラフトのエンベロープまたはペイロードシュラウドに適合するように折り畳まれるか、収縮されるか、または、別の態様で妥協される任意の高ゲインアンテナを宇宙に打ち上げることが、宇宙産業における今日の技術ニーズに対する解決策ではないことを教示している。しかしながら、いくつかの従来の宇宙の方法の検討から得られたのは、宇宙産業が、宇宙または軌道上において、需要ベースでの部品、構成要素の部品および構成要素の３Ｄプリンティングによって、非常に利益を得ることが可能ということであり、これには、宇宙ミッションのコストの低減および安全性が含まれる。

引き続き図２Ａ～図２Ｆを参照して、たとえば、本開示の樹脂調合物は、スペースクラフトを介して物体を宇宙に打ち上げることに関連付けられる局面の中でもとりわけ、寸法が小さく、順応性があり、振動および衝撃に完全に影響されない液体樹脂３Ｄプリンタ供給材料のタンクとして、地球から宇宙に打ち上げられ得る。非限定的な例として、人工衛星またはスペースクラフトが軌道に到達した後、かつ、すべての将来の応力が低い場合に、アンテナが３Ｄプリンティングされ得る。さらに、（ビーム形状および焦点を制御する）アンテナ形状は、打ち上げ機の内側に適合するように制約されず、折りたたみ可能である必要はなく、従来のアンテナが必要とするような打ち上げに耐える強力な支持構造を必要としない。本開示の樹脂調合物は、実際には、他の従来の宇宙アンテナ代替物よりも質量が低い。本開示によって調合される樹脂を使用することの別の利点は、メインのスペースクラフトバスに対するプリンティングされたアンテナの慣性質量の非ホロノミック運動を使用することによって、ミッション中に迅速にアンテナビームの照準を合わせるために、軌道上３Ｄプリンティング中に使用されるモータが、作製後に使用され続け得ることである。反射器の最も短い使用可能な波長は表面粗さに反比例するので、３Ｄプリンティングされた反射器のサブミリメートルレベルの平滑性によって、はるかに高い周波数動作が可能になる。システムは、太陽をＵＶ源として使用して樹脂を硬化させるのに必要な重合エネルギーを供給することによってさらに軽量化され得、これにより、宇宙にＵＶ重合源を打ち上げて、ＵＶ重合源に電力を供給するさらなる必要性がなくなる。

したがって、実験は、特殊化された軌道上アンテナ３Ｄプリンタの実現可能性を実証するために最小の実現可能なシステムを定義することに基づき得、これは、
○プリンタが、軌道宇宙環境において動作することと、
○所望の通信帯域において動作する通信アンテナがプリントおよび配備され得ることと、
○小型人工衛星に利用可能な限られた電力で動作することとを含み、結果として得られる構造は、宇宙の厳しい環境による放射線、真空および極端な温度にある際に完全性（integrity）を保持し得る。

引き続き図２Ａ～図２Ｆを参照して、本開示の樹脂調合物は、液体樹脂３Ｄプリンタ供給材料のタンクとして地球から宇宙に打ち上げられ得、フリーフォーム３Ｄプリンティングを実行するために使用され得る。上述したように、図２Ａは、スピンモータ上にマウントされる最小のハブから始まり、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、および図２Ｅに示されるように徐々に外側へ作用し、３Ｕまたは６ＵのＣｕｂｅＳａｔ上にプリンティングされるアンテナ放物面の進行を示す。最後に、図２Ｆは、アンテナ放物面の完成を示し、アンテナ放物面を動作状態に再位置決めすることを含む。樹脂調合物を押し出すために使用される押出機ノズルは、スペースクラフトバスの左下上の小さな矩形であり得る。

完成したアンテナの全質量に対する打ち上げでの樹脂質量の比較
宇宙における付加製造の新規なアプローチの実質的な有用性のために、宇宙での作製は、技術的に実現可能でなければならないだけでなく、経済的に実現可能である必要がある。小型のＣｏｍＳａｔｓの場合、それは、宇宙における作製が、十分良好に機能しなければならず、かつ、完成した全体のアンテナまたは折り畳みアンテナなどを人工衛星またはスペースクラフト内の限られた空間に適合させる現在の技術よりも、打ち上げの際に、低い質量でなければならないということを意味する。

引き続き図２Ａ～図２Ｆを参照して、一次テストの場合について、従来のカッシーニ探査機の大きな固定されたパラボラ高ゲインアンテナ（大きな従来のアンテナであるが、公に利用可能な情報が豊富なアンテナである）を考えると、カッシーニの従来のディッシュ（dish）は、直径が４メートルであり、重量が１０５Ｋｇであった。従来のディッシュは、３つの波長、すなわち、－１４ｃｍ（Ｓバンド）、４ｃｍ（Ｘバンド、約６ＧＨｚ）、および、１ｃｍ（Ｋａバンド、約２５ＧＨｚ）で駆動され、これは、表面の幾何学的精度（surface geometric accuracy）が、それぞれ３．５ｃｍ、１ｃｍ、および０．２５ｃｍ以内でなければならなかったことを意味する。対照的に、直径４メートル、厚さ５０ｍｍの同等な３Ｄプリンティングされたディッシュは、０．６４ｍ^３の体積を有し、２部分のウレタンフォーム（３２Ｋｇ／ｍ^３）からモノリシックに構築される場合、重量は、カッシーニの従来のディッシュの重量が１０５Ｋｇであった一方、わずか２０Ｋｇになる。言い換えれば、ほぼ同等の３Ｄプリンティングされたディッシュは、カッシーニの従来のディッシュよりも重量が約８０％少ない。

しかしながら、３Ｄフリーフォームプリンタの重量も、軌道上においてアンテナディスクを構築するために考慮される必要がある。実験に基づいて、内部のブラダ（bladder）、加圧器、調節弁、ノズル、太陽光シャッタ、伸張可能なラム（ram）、チルトおよびスピンモータ、メタライザ（metallizer）、ならびに、電子機器を有する空タンクの推定値は、約２５～３０Ｋｇの重量であり、約４０～５０リットルの体積である。これは、打ち上げ質量において２Ｘの節約に換算され、かなり小さいペイロードシュラウドとなり、推進剤を使用しない非ホロノミックなスペースクラフトの姿勢制御の実質的な利益が加えられる。１回の打ち上げイベントにおいて約１００個のほぼ同一のｓｍａｌｌＳａｔを打ち上げる場合、（そのうちの１０％がアンテナを正確にプリンティングすることに失敗すると予想されるが）より低い質量およびペイロードシュラウド体積の節約により、さらなる２０個のｓｍａｌｌＳａｔが打ち上げられることが可能になり（人工衛星数の２０％の増加）、プリンティングされたアンテナ全体は、統計的に成功する賭けとなる。フリーフォーム３Ｄプリンティングされたアンテナはさらに、同様のアパーチャおよび表面形状品質の複雑な機械的折り畳みアンテナと比較して、はるかに低い初期コストを有し得る。

付加的なモータが有用であり得る
引き続き図２Ａから図２Ｆを参照して、少なくとも１つの局面は、完全な３Ｄ製造能力のために、少なくとも３つの位置決めアクチュエータが必要となり得る局面であり得る。アクチュエーションの要件を、シンプルな幾何学的形状の限られたサブセットのための２つのモータに低減可能であり（たとえば、スピンモータに伸張ラムスクリューまたはウインチも動作させる）、または、単一のモータにさえも低減可能である（スピンモータを直接駆動し、ラムスクリューについてギアダウンし、ラム伸張部上に乗るカムによって傾斜角を受動的に生成させる）。なお、微小重力環境によって、地上ベースのユニットと比較して、はるかに小さく軽いモータの利用が可能になるとともに、打ち上げ時の高いＧ負荷の間、モータおよびモータ支持構造は、アンテナディッシュ全体の質量ではなく、それら自体の質量のみを担持している。

押出ラム、ラムモータ、スピンモータおよびオフアングルモータは、アンテナ要素がひとたび完成されると、無駄になる質量であると考え続けられ得るが、ミッションの期間にわたって有用性を維持する。ラムを伸張／後退させることにより、システムＲＦの焦点およびスポットサイズが変化することになる。最初は放物面の曲線を造形するために使用されるオフアングルモータは、その後、推進剤を使用することなく、オフ軸フィードポイントまたはビームの旋回を可能にする。スピンモータは、同様に、（アンテナの質量をリアクションホイールとして使用して）スペースクラフトを旋回し得るか、または、意図的に非対称な反射器の場合には、所望のサービスエリアのオングラウンドフットプリント（on-ground footprint）にマッチするようビームパターンを回転し得る。

引き続き図２Ａ～図２Ｆを参照して、本開示の樹脂調合物を使用して構築された要素は、真にフリーフォームであるので、任意のアンテナパターンが構築され得る。たとえば、放物面は、単にアンテナ要素の良好な（および広帯域の）例である。回折要素は、反射要素と同じくらい構築することが容易であり、より良好な打ち上げ質量対ゲイン比（launch mass to gain ratio）を有し得、メタライゼーションを必要としない。本開示の樹脂調合物を使用して構築された同じ要素は、適切な設計によって、Ｓバンド上のワイドパターンアンテナ、および、１５ＧＨｚでの異なるビーム軸を有するナローペンシルビームとして作用し得る。

プラスチック上への金属の真空蒸着は、１９３０年代からある確立されかつ非常に商業化された技術（１９３０年代の真空管の内面上へのナトリウムおよびカリウム「ゲッター」の真空蒸着を考慮）であるので、この局面は、この概念の証明に関してさらに実験されない。

実験ハードウェア
テスト押出機
図３は、本開示の実施形態に従った押出機ＣＡＤモデルを示す概略図である。図３は、アンテナ構造の軌道上での作製のために必要とされるフリーフォーム３Ｄプリンティング可能性をテストするために使用される押出機３００のテストＣＡＤモデルの例である。押出機３００のテストＣＡＤモデルは、実験的な５００ｍｍの球状真空チャンバに適合し得るＡｒｄｕｉｎｏによって制御されるフリーフォーム押出機として設計および構築される。

３つの直交する線形変換軸を有する標準的なコンシューマ３Ｄプリンタとは異なり、テスト押出機は、多目的モータを含む、図２Ａ～図２Ｆに示されるＣｕｂｅＳａｔ適合設計にできるだけ忠実となるように設計される。テスト押出機は、単一の線形ラム（後で、軌道上でビーム焦点を調整するために使用される）と、２つの回転軸（一方は後でＲＦフィードオフ軸角度（スキント）制御となり、他方のモータは、プリンティングのためにＣｕｂｅＳａｔに対して放物面を回転させ、その後、ビーム偏光を変更することなく、グラウンドサイトへの楕円形または他の非対称ビームパターンの位置合わせを可能にする）とを含み得る。

引き続き図３を参照して、別個の樹脂送達システムは、差圧センサおよびバンバンコントローラを介して、局所環境（室内空気または真空）に対して高圧を維持する粘性樹脂の大きなリザーバにおいてピストンを駆動するよう第２の線形ラムを使用し得る。実際の樹脂の堆積は、シリコーンフィードチューブを閉じるよう挟む電磁ピンチ弁によって制御され得る。タンク圧力と挟まれたチューブの迅速な周期的な開放との組み合わせによって、所望の流量で柔軟な１．７ｍｍＩＤノズルを介して吐出することが可能になる。高粘度の樹脂は、弁が開いたままである短い時間スケールで急速な減圧を防止するのに十分な減速力（retarding force）を作り出す。高線量のＵＶ放射への即時曝露は、真空環境の最小の影響での迅速な重合を引き起こす。押出速度、樹脂組成物およびＵＶパワーは、ノズルから吐出する際の重合応答を微調整するのに必要な重要なファクタである。部分的に作製されたアンテナ反射器の縁部上への付着を繰り返し成功することが達成可能であった。ＵＶ光により、数秒以内に重合され、リジッドアンテナ材料が得られた。なお、ケースバイケースで決定されるユーザの特定の適用要件に依存して、システムに修正が行なわれ得る。

システム全体は、２つのＡｒｄｕｉｎｏベースの制御システムによって制御され得る。すなわち、一方のＡｒｄｕｉｎｏベースの制御システムは、真空チャンバの外側にあり、ディスプレイおよびオペレータの手動制御を動作し、他方のＡｒｄｕｉｎｏベースの制御システムは、チャンバの内側にあり、運動および樹脂堆積システム装置を直接的に制御する。マイクロコントローラ間の通信は、クリアな真空チャンバ壁を通じた双方向シリアル光リンクに基づく。２４ＶＤＣの電力が、十分にグリースが与えられたシリコーンチャンバガスケットに亘った敷設を通る２つの銅箔リードを介して真空チャンバ内に供給される。真空は、ハーバーフライト（Harbor Freight）の２ステージピストン真空ポンプによって作り出され、ポンプ排気は、ビルディング内の空気経路全体に負圧を発生させる大きな（５００ワット）ファンを装備したルーフトップ排気部に直接供給され、これにより、予想されない副生成物の予期しないガス抜けの場合における実験者の安全性と、真空ポンプ自体からの油霧の安全な抽出とを保証する。

引き続き図３を参照して、混合および脱気された供給材料樹脂を樹脂リザーバ内に充填した後、システムは半自律モードに切り替えられる。次いで、内部のＡｒｄｕｉｎｏは制御状態にある。外部のＡｒｄｕｉｎｏは、リザーバ圧力、放物面回転速度、フィード角度（スキント）速度、ラム速度、およびピンチ弁デューティサイクルを読み取り得、これらのパラメータについてのセットポイントを書き込み得、その一方、内部のＡｒｄｕｉｎｏは、これらのセットポイントを達成するために実際の制御、ステッピング、およびＰＷＭを実行する。このシステムをわずかに変更して使用して、空気および低品質（～５ｋＰａ）真空の両方においてテスト可能な３Ｄフリーフォームアンテナ構造を作製した。

光重合性樹脂
樹脂調合物混合物にはいくつかの制約がある。明らかに、樹脂調合物は、明るい光に晒されると重合することになり、化学反応速度論および使用の容易さの基準は通常、深青色光および紫外光（＜４０５ｎｍの波長）に集中的に晒されることを優先することになる。同様に重要であるが、それほど明らかではないのは、樹脂調合物が、熱、低温、衝撃、低レベルの電離放射線、プラスチックチュービングもしくはフィッティングからの残留触媒、または、押出機流体ハンドリング経路内の金属部分からの表面イオン汚染を含む如何なる他の条件下でも重合することは「ない」ということである。

以下の表１は、本開示のいくつかの実施形態に従ったカスタム樹脂についての材料適合性の実験による判定の概要である。

格納および送達システム内の未硬化樹脂をＵＶ曝露から保護することは、優先順位が高い。適合性のある材料選択のサマリーが上記の表１に提示される。ステンレス鋼を除くテストされた材料はいずれもＵＶ放射をブロックしなかったので、ＵＶ源が作用しているときはいつでも金属箔シールディングが使用されている。

テストされた樹脂
最初の実現可能性実験テストのために、安価なコンシューマグレードの事前に混合された供給材料樹脂であるFormLabs Clear Version 4が使用される。この樹脂は、溶解された酸素によって中程度の蒸気圧を有しており、樹脂は、低い（＜５０）ミリバールの圧力で激しく発泡する。当該樹脂は、空気および１Ｇの局所重力における全体的な概念をテストすること以外に、ＵＶ感度ならびに強度および降伏点などの物性に関して、実験中に使用されるFormLabsプリンタにおいてテストによって検証され得る容易なスターティングポイントを提供し、これにより、押出および重合プロセスが本開示の少なくとも１つの樹脂調合物について妥当な範囲内にあることを検証した。

実験中、ＲＦゲイン測定のためのテスト物品をフリーフォームで作製するために、この樹脂を使用するいくつかの大気圧での成功があった（以下の結果参照）。

しかしながら、発泡後の＜２０ミリバールの安定的な圧力まで脱気すると、FormLabs Clear V4は、熱重合の影響を極めて受けやすくなり、極めて迅速な光重合に対して非常に感光性となり、樹脂が押出機ノズルと初期スピンドルベースとの間の１～２ｍｍのギャップをつなぎ得る前に、硬化する。この反応に基づいて、これは、溶解された酸素を除去する脱気によるものであり、この酸素の欠如によって、このコンシューマグレードの製品において利用される熱抑制剤がブロックされると推察される。通常、地球の大気からの拡散を通じて存在する分子酸素は、多くの重合抑制剤にとって機能するのに必要な付加物である。２０ミリバールを下回る圧力に晒されると、この溶解された酸素が除去され、したがって、抑制剤の作用が抑制され、重合開始剤の超活性が引き起こされる。

FormLabs樹脂の実際の調合物は知的所有権下にあり、この材料をさらに調査することはできない。次いで、本開示の実施形態に特有の押出機供給材料の樹脂調合物を研究することに進んだ。

軌道または宇宙環境において無重力で３Ｄプリンティングに使用される樹脂を調合するために克服されなければならないいくつかの困難は、層が冷たくなる前に、プリンティング中に重力によって層同士を一緒に保持させられないことを含んだ。テストされた１つの実験概念は、層のキャブ（cab）間の粘着性によって３Ｄ物体のための層同士が一緒に保持され得るように、プリンティング中に粘着性のある材料を用いることを含んだ。しかしながら、層を粘着性にすることにより、層がビルドプレートに粘着し、これによって、製造される物体およびいくつかの例では３Ｄプリンタにダメージが引き起こされたといういくつかの問題がこの実験の間に発見された。

カスタム樹脂
実験からの樹脂調合物の現在の研究に基づいて、何らかの樹脂調合物は、低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー配合物と、光開始剤と、抑制剤と、可塑剤として作用するとともにそうでなければグリース様であるオリゴマーの粘度を低下させる低揮発性ポリフェノールエーテル油とから構成される。ポリフェニルエーテル油と、脂肪族ウレタンアクリレートから形成された架橋ポリマーとは、化学的に相溶性であり、安定した均質な固体混合物を形成する。

より具体的には、以下の重量のオリゴマーのみの供給材料に収束した。すなわち、
（ａ）１０％の第３のオリゴマーと、
（ｂ）１０％の第２のオリゴマーと、
（ｃ）４０％の第１のオリゴマー（３つすべてが脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーである）と、
（ｄ） ４０％の可塑剤と、
から構成されるオリゴマーのみの供給材料であって、
．．．約２０００ｃｐｓの粘度を有する樹脂ベースの供給材料が得られた。

次いで、この供給材料に増感剤および安定剤が添加され、典型的には、（供給材料に対して）１重量％の光開始剤としてのＢＡＰＯ（ビス－アシルホスフィンオキシド）と、３％の熱重合抑制剤としての４－ＭＰ（４－メトキシフェノール）とが添加される。さらに、脱気を補助するよう、非常に少量（０．３７重量％）のＢＹＫ－０８８（市販の長鎖アルカン混合物）が発泡防止剤として添加される。

非限定的な例として、第１のオリゴマーの大きな割合（４０％）は、第１のオリゴマーが６個の官能基（結合可能な架橋部位）を有するように調合され、これにより、強力かつ反り抵抗のあるポリマーマトリックスが作製されることで正当化され得る。このオリゴマーは、約３５００ｃｐｓの未反応ベース粘度（unreacted base viscosity）（寒い日の糖蜜に匹敵する）を有する。第２のオリゴマーは、２個の官能基を有し、ベース粘度は７０００ｃｐｓであり、第３のオリゴマーは９個の官能基を有し、粘度は１８００００ｃｐｓ（ほぼ固体）である。可塑剤は、（高品質のスパーワニスに匹敵する）１９０ｃｐｓちょうどの粘度を有する真空油であり得、混合および脱泡プロセスをより制御しやすくする。次いで、オリゴマー混合物、光開始剤、抑制剤、および発泡防止剤を含む最終押出機供給材料混合物は、押出機に充填する前に、真空オーブン中で５ｋＰａおよび６０℃で１５分間脱気され得る。押出準備が整った材料は、室内温度で約２０００ｃｐｓの粘度を有すると推定される。

粘度をさらに低減するために、第１のオリゴマー６０％（３５００ｃｐｓ）と可塑剤４０％（１９０ｃｐｓ）の混合物がテストされたが、靭性が悪化したことが発見された。サンプルは、強靭かつ強くなるのではなく脆くなっていた。定性的観察は、多すぎる架橋は、大きな割合（４０％）の可塑剤の存在下でも、少なすぎる場合と同じぐらい悪くなり得るということである。可塑剤の割合を４０％から６０％まで増加すると（第１のオリゴマーのみが４０％であり、第３のオリゴマーまたは第２のオリゴマーのいずれも存在しない）、可塑剤がポリマーマトリックス中にもはや完全に含有されなかったので、油性表面を有するサンプルに重合しなかった。

空気中での実験
予備的な実験の多くは、室内温度および圧力で実施された。これによって、仮定的な「完全な」押出機供給材料が存在するとして、３Ｄフリーフォームプリンティングされた物体の最良の場合の表面形状、プリンティング速度、および、任意の他のファクタを検証することが可能になった。

押出機の制約（より具体的には、１／２メートルの球状の真空チャンバ内に適合しなければならない）および樹脂リザーバのサイズが与えられると、現在作製できる最大の可能な放物面は、直径約１６５ｍｍ（または６．５インチ）である。典型的に名目上ｆ／１のアパーチャ比（すなわち名目上１６０～１７０ｍｍの焦点距離）を有する、この直径のパラボラを繰り返し可能に作製することに成功した。このプロセスは部分的に自動化される。ソフトウェアは、押出しが正確な放物面となるように適切な角度およびラムオフセットを正しく保ち、樹脂リザーバ圧力上でループを閉じ、一定のリム線速度を達成するようにスピン速度を変化させ、ピンチ弁を介して所望の樹脂流量を維持する。人間のオペレータは、プリンティングプロセスを監督し、回転スピード、押出機圧力、ピンチ弁ＰＷＭ持続時間、回転速度、および、ラム押出速度についてのセットポイントを修正し、これにより、生じる粘度または重合時間の変動を補正する。

図４Ａは、本開示の実施形態に従った、アンテナ４０４を空気中でプリンティングする、アルミニウム箔４０３で被覆された３Ｄプリンタを示す写真の図である。特に、図４Ａは、大気圧において、FormLabs Clear樹脂を使用して、１６０ｍｍのｆ／ｌ放物面４０４の空気中でのプリンティングを行う３Ｄフリーフォームプリンタ４０３を示す。重合エネルギーＵＶ源４０２は、名目上４０５ｎｍのビームを出力するＬＥＤアレイであり、使用される範囲において、このＵＶ源は、重合ゾーンにおいて、Ｓ４０１Ｃ広帯域ボロメータセンサを有するThorLabs PM100A光度計によって測定されたように約５ミリワット／ｃｍ^２（０．５ワット／ｍ^２であるので、目の保護は必須である）を送達した。重合は、構成されたように、約１～３秒を要した。

Ｆ／１放物面の作製
図４Ｂにおける放物面反射器４０６は、本開示の実施形態に従った、スプレーオン導電性コーティングなしで空気中においてプリンティングされる放物面反射器を示す写真の図である。さらに、図４Ｂにおける放物面反射器４０８は、本開示の実施形態に従った、ＲＦ性能のためのスプレーオン導電性コーティングにより空気中においてプリンティングされる放物面反射器を示す写真の図である。

図４Ｂを参照して、一対のｆ／ｌ放物面反射器は、直径が１６０ｍｍであり厚さが約１．７５ｍｍであるように室内条件で作製され、両方の放物面は、FormLabs Clear V4樹脂を使用してプリンティングされる。放物面反射器４０８はさらに、ＲＦテストのために導電性コーティング（MG Chemicalsのスプレーオンスーパーシールド（spray-on Super-Shield））でコーティングされる。コーティングされた放物面の放物面反射器４０８の重量は３７．１グラムであり、コーティングされていない放物面の放物面反射器４０６の重量は３４．０グラムである。なお、現実のシステムでは、アルミニウムまたは金により熱的に気化された真空メタライゼーションが、市販のスプレーオンメタライゼーション準備物よりも非常に好ましい。

ＲＦの特徴付け
図５は、本開示の実施形態に従った、ゲインおよび焦点距離テストについてダイポールおよびＲＦフィードラインを有するよう構成された、ＲＦ性能のためのスプレーオン導電性コーティングにより空気中でプリンティングされた放物面反射器を示す写真の図である。ゲインおよびサイドローブサイズは、如何なる指向性アンテナにとっても最も重要であるので、Agilent M5230Aの２ポートネットワークアナライザと、１２ＧＨｚにて名目上自己共振を有する一対の自作の２２ｍｍダイポールアンテナとにより、作り出されたテスト物品のうちの１つを実験的に検証した。

実験のための無響ＲＦテストチャンバがないため、開放的な遮られていないラボエリアにおいて近似的な測定がなされ、むき出しのダイポール同士の間で交互に行われ（経路損失ベースラインを確立）、一方のダイポールにテスト放物面を装備（他方のダイポールはむき出しのまま）した。１０ＧＨｚ、１３．５ＧＨｚおよび２０ＧＨｚにおいて、方位角約５度ごとに－９０度から＋９０度までテストが行われた。

図６は、本開示の実施形態に従った、１０ｇＨｚ、１３．５ｇＨｚおよび２０ｇＨｚにおけるフリースペースダイポールに対するゲインを示すグラフであり、すべてが２２ｍｍ（１２ｇＨｚ）のダイポールフィードでテストされる。サイドローブは一般に、メインローブゲインを下回る１２ｄＢであり、部分的にのみ理解される態様でわずかに非対称であった。

フィードはシンプルなシールドされていないダイポールであったので、これらのゲイン数は、適切なＣｕｂｅＳａｔ実現例において実際に使用されるであろうフィードポイントと比較して明らかに次善である。シールドされていないダイポールＲＦフィードは、１２ＧＨｚの自己共振周波数においてワイヤ軸に沿って０（null）で赤道トーラスパターン（equatorial torus pattern）で放射し（他の放射パターンは他の波長において現れる）ので、最良の場合でも、ダイポールから放射されるテストエネルギーの約２／３が放物面から完全に外れ、何もゲインに寄与しない。シールドされていないダイポールを、焦点において指向性のある（しかし依然として広帯域の）ホーンフィードに置き換えることによって、他のシステムの変化を伴わずに、４から５ｄＢが得られるはずである。２０ＧＨｚにおける弱いように思われる性能は、プリミティブダイポールフィードポイントによって説明可能である。一定の長さのダイポールの場合、共振周波数を超えて駆動周波数を増加させると、ダイポールの赤道放射ローブは、さらに指向性が小さくなり、より多くのエネルギーが近極軸に向けられることになる。これにより、放物面がキャプチャおよび焦点を合わせ得る領域における利用可能なエネルギーがカットされる。

表面粗さはおそらく、ビーム品質の制限的なファクタではない。凸面（メタライズされた表面）上でのテスト放物面の測定は、＋／－２５０ミクロン程度の最悪の場合の偏差を示した。２５０ミクロンをλ／４回折限界反射器の表面偏差と仮定することによって、反射器の表面品質は、１ｍｍ（すなわち、約３００ＧＨｚ）と同じぐらい短い波長をフォーカスするのに適切であることが示される。我々のテスト機器がそれらの周波数に到達し得ないので、このことは検証され得ず、したがって、これは純粋に仮説であることが強調される。

真空での実験
上述したように、真空下でコンシューマグレードの樹脂を使用すると、ガス抜けのために満足できる結果が得られず、非常に低い酸素濃度により、酸素に依存する重合抑制剤の機能不全を引き起こした。（上述の）カスタムの低揮発性混合物に切り替えることにより、非常に低い圧力において効果的にプリンティングを行うことが可能となった（しかし宇宙環境では証明されていない）。

さらに、上記低揮発性樹脂にてプリンティングされた６０ｍｍ放物面の対も実験した。約４０ｍＬの低揮発性樹脂に約５ｋＰａにて最終脱気が施され、次いでサイフォン作用を介して押出機内に真空で充填された。新しいハブがラム上に配置され、第１の（透明な）６０ｍｍの放物面が、真空チャンバを室内空気に開放した状態でプリンティングされた。

微細な気泡は持続したが、ＰＷＭ制御されたピンチ弁の下流のラインでのみ持続した。気泡はプリントと干渉しなかった。樹脂リザーバを使い果たしたため、この第２のプリンティングが終了された。興味深いことに、リザーバが空になると、閉ループ圧力制御は機能しなくなり（ran out of authority）、送達ライン圧力が低下し、ピンチ値ＰＷＭが完全に開状態に設定された。この時点で、微細な気泡の生成が終わり、第２の（白濁した）放物面の最終のプリンティングされた層が透明かつ気泡のない状態で生成された。

微細な気泡は持続したが、ＰＷＭ制御されたピンチ弁の下流のラインでのみ持続した。気泡はプリントと干渉しなかった。樹脂リザーバを使い果たしたため、この第２のプリンティングが終了された。興味深いことに、リザーバが空になると、閉ループ圧力制御は機能しなくなり（ran out of authority）、送達ライン圧力が低下し、ピンチ値ＰＷＭが完全に開状態に設定された。この時点で、微細な気泡の生成が終わり、第２の（白濁した）放物面の最終のプリンティングされた層が清澄かつ気泡のない状態で生成された。

細かな粒の気泡によって、第１の（大気圧での）放物面よりも質量が小さく、剛性が高い放物面が生成されたことが興味深いと見出された。この実験により、発泡が、このスタイルの軌道上での作製の有用性をさらに向上させるための有効な随意の方法であり得ることが確認された。

実際、制御された量の発泡剤を粘性樹脂中に意図的に導入し、打ち上げ前に地上において予め混合するか、または、押出中に添加して、重合された材料の特性をさらに修正することが望ましい場合がある。Kizitoらによって指摘されているように、宇宙レベルの真空に晒される粘性液体に埋め込まれる十分に小さい気泡（全体に亘って約数十ミクロン）は、理想的なガスの法則が最初に示唆するように、拘束されることなく膨張しないが、気泡の流体界面の表面張力によって対抗され、低いが宇宙においてのような圧力ではない内部圧力において数秒以内に平衡サイズに達する（すなわち、シリコーンオイルにおいて、５０Ｋｐａにて３０ミクロンの気泡が導入された場合、シリコーンオイル自体が宇宙グレードの真空にあるときでも、測定された安定サイズは、計算された０．２１Ｋｐａの内部圧力において１８５ミクロンである）。空気は、そのような微小な気泡にとって確かに簡便であるが、他のガス（窒素、アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、シクロプロパン、クロロメタン、ジクロロメタン（dichloromethane）、フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタンまたはテトラフルオロメタンなど）が使用されてもよい。

ガス自体が打ち上げ前に粘性樹脂中に完全に溶解する可能性があるため、粘性樹脂が宇宙の真空に晒される際に、微小気泡の生成のための多量の核形成部位を提供するために粘性樹脂中に微粒子を導入することが望ましい場合がある。たとえば、短い炭素繊維（詰まりを防止するよう押出オリフィスサイズの１０％未満の繊維長さを有する）、カーボンナノチューブ、微粉砕シリカ（または気相生成された等価物、ヒュームドシリカ）、全体的なまたは意図的に粉砕もしくは破砕されたガラスまたはシリカマイクロバルーンといった、多くの材料が機能する。粒子サイズは、詰まりを防止するために、好ましくは樹脂経路における最小オリフィスサイズの１０％未満になるように制御されなければならない。

最後に、微小気泡を生成する振動ピンチ弁が実証された際、振動弁または超音波トランスデューサのような機械的圧力トランスデューサが、押出中にオンデマンドで、流れている樹脂に微小気泡を意図的に作り出すように、低揮発性粘性樹脂中に溶解した半揮発性材料を含むことが有用であり得る。実験では、アルカン消泡剤混合物が、微小気泡の生成のための半揮発性材料の供給源を提供した。特にアルカンが必要であると疑う理由はない。圧力波キャビテーション（pressure wave cavitation）の適用による微小気泡の導入は、水および水銀のような多様な流体において十分に証明されており、安価な超音波洗浄デバイスにおいて一般に使用されている。

上記の実験は、本開示の樹脂調合物を使用して宇宙環境において軌道上での３Ｄフリーフォームプリンティングを実現するために必要とされる技術のいくつかの概念の証明を実証した。上記の結果が与えられると、放物面または回折ビームフォーマといったアンテナ要素の支持されていない３Ｄフリーフォームプリンティングの電気機械的および光重合の局面が妥当であり、実証されることが明らかである。さらに、ＲＦ性能テストが与えられると、３Ｄフリーフォームプリンティングされたアンテナ構造のＲＦ性能は、マイクロ波（約１０～１３．５ＧＨｚ）通信での使用に適切なビーム形成性能を有することが明らかである。より広い帯域での有用性が期待されるが、証明されていない。さらに、実験の結果は、Ｏ２抑制の失敗、早すぎる重合、および、光開始剤のボイルオフにより、コンシューマグレードの樹脂が宇宙環境におけるプリンティングに適合しないことを示した。

宇宙における樹脂調合物を使用する実際的な用途
実験中のいくつかの実際的な用途を考える場合、スペースクラフトの外で物体、すなわち、この場合ではアンテナを製造するために付加製造システムの動作をスペースクラフトの姿勢の関数として制御するよう、付加製造システムおよびセンサと通信するプロセッサを使用するといったようないくつかのハードウェアが組み込まれた。スペースクラフトは、スペースクラフトバスと称され得るか、または、他の何らかの用語参照が宇宙において使用される任意の宇宙船に対するものであるかぎり、当該参照により称され得る。したがって、スペースクラフトの姿勢を制御することによって、たとえばスペースクラフトの動きからの光および放射の変化の速度にて、天体に対するスペースクラフトの方位を制御することが可能になり、かつ、極度の高温および低温に対して制御することが可能になるので、付加製造システムは、宇宙において大きな物体をプリンティングする３Ｄプリンタによる宇宙環境の局面を利用し得る。上述したように、スペースクラフトは、３Ｄプリンタおよび少なくとも１つのセンサを有する制御可能な付加製造システムを含み得る。

図７、図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の実施形態に従った、スペースクラフトバスの外面に位置決めされるコマンドシステムのセンサおよびデバイスを示す概略図である。非限定的な例として、図７を参照して、温度センサ７２０および光センサ７３０が、押出機７１０に近接する同じ外面壁上に位置決めされる。しかしながら、センサ７２０，７３０は、他のセンサおよびデバイスとともに、スペースクラフト７００の外面上の任意の位置に位置してもよく、または、スペースクラフト内に位置してもよいことが企図される。センサ７２０，７３０は、他のセンサおよびデバイスとともに、スペースクラフト内に位置してもよく、（プロセッサおよび／またはコマンドシステムによって制御される）アクチュエータを介してスペースクラフトの内側から外側へ移動することができることも可能である。

たとえば、図７を参照して、少なくとも１つの温度センサ７２０は、コマンドシステムと通信しており、宇宙における押出機７１０に近接するエリアの温度を決定する。プロセッサは、決定された温度が所定の範囲内にある場合、決定された温度と組み合わせて、スペースクラフトバス７００の姿勢の関数として付加製造システムの動作を制御する。付加製造システムの動作についての所定の温度範囲は、（ＵＶ硬化または２部分樹脂／触媒供給材料の液体供給材料に適するような）１０～５０℃、または、（溶融可能フィラメントとして供給される熱可塑性供給材料に適するような）１８０～３５０℃の範囲内であり得る。

さらに、図７を参照して、コマンドシステムと通信する少なくとも１つのセンサ７３０は、押出機７１０に近接する、宇宙に由来する光レベルを決定する。プロセッサは、光の決定されたレベルが所定の範囲内にある場合、光の決定されたレベルと組み合わせて、スペースクラフトバス７００の姿勢の関数として付加製造システムの動作を制御する。光の決定されたレベルについての所定の範囲は、平方センチメートル当たり０．０００１ミリワット（１ワット／ｍ^３）から平方センチメートル当たり１０．０００ミリワット（１０Ｋワット／ｍ^３）の範囲内である。地球に対向するセンサのような他のセンサが可能であり、地球に対向するカメラは、気象およびリソースの監視のために使用され得、または、任意のカメラが、３Ｄビルディングプロセスまたはそれに関連する局面も制御および監視するために使用され得る。さらに、付加製造システムに作製補助センサの使用が組み込まれ得ることが企図される。さらに、図示されていないが、３Ｄプリンティング供給材料リザーバ、太陽電池、バッテリ、リアクションホイールまたは姿勢制御スラスタ、科学または通信ペイロード、制御プロセッサ、任意の低ゲイン全方向性またはバックアップアンテナなどがスペースクラフトバスに組み込まれてもよい。

図８Ａは、宇宙における押出機８１０Ａに近接するエリアの環境条件、または、他の構成要素に近接する他のエリアの環境条件を制御する局面を示す。たとえば、図８は、制御可能なライト８４０Ａ、制御可能な保護シールド８５０Ａ、ビデオ、カメラ、ライト、デバイスといった制御可能なデバイス８６０Ａを示す。たとえば、コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な保護シールド８５０Ａは、押出機８１０Ａに近接したある露光量の光を制御可能にシールドする。プロセッサは、光の決定されたレベルが所定の範囲内にある場合、光の決定されたレベルと組み合わせて、少なくとも１つの保護シールド８５０Ａをスペースクラフトバス８００Ａの姿勢の関数として制御する。制御可能な保護シールド８５０Ａは、軌道の部分が日に当たる間にＵＶ硬化ポリマーをプリンティングする場合に使用され得、または、太陽のＵＶがほぼ連続的である惑星間宇宙においてプリンティングを行う場合に使用され得、または、軌道の部分に影が落ちる際にプリンティングする場合に月から反射されるＵＶから未硬化ポリマーを保護するために使用され得る。さらに、プロセッサおよび付加製造システムと通信するイメージングデバイス、カメラデバイス、ライトデバイスといった少なくとも１つの制御可能なデバイス８６０Ａは、供給材料が押出機８１０Ａから初期ベース構造上に押出される間に画像を生成し、それらの画像に基づいて、押出機８１０Ａからの供給材料の押出速度、押出機８１０Ａと初期ベース構造との間の相対運動の速度、または、その両方を適応的に制御する。

さらに、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、図８Ａはさらに制御可能な供給材料偏向器８７０Ａを示しており、制御可能な供給材料偏向器８７０Ａは、供給材料の流れを変更するために使用され得、押出機８１０Ａに近接するとともにプロセッサと通信するよう位置決めされ、製造される物体の少なくとも１つの表面を形成するよう押出中に供給材料の流れ（および、膨張発泡タイプの供給材料が使用される場合は膨張）を制御する。プロセッサは、押出機８１０Ａからの供給材料の押出の速度、押出機８１０Ａと初期ベース構造との間の相対運動の速度、または、その両方の関数として供給材料偏向器８７０Ａを制御する。さらに、供給材料は、光で硬化可能な供給材料であり得る。コマンドシステムと通信する図８Ｂの少なくとも１つの制御可能な光源８５５Ｂは、光で硬化可能な材料である供給材料の表面上に１つ以上の光ビームを投射し得る。プロセッサは、制御可能な光源からの光のレベルと組み合わせて、スペースクラフトバスの姿勢の関数として図８Ｂの光源８５５Ｂを制御する。

図８Ｂは、制御可能な光反射器と、制御可能な光偏向器８３５Ｂと、制御可能な加熱および冷却デバイス８４５Ｂと、制御可能なマルチビーム光源８５５Ｂとを示し、押出機８１０Ｂに近接して、光ビームの１つ以上の異なるレベルの複数のビームを含み得る。たとえば、コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な光反射器８３５Ｂは、供給材料の表面上に、あるレベルの光を制御可能に反射し、当該供給材料は、光で硬化可能な材料であり、当該光は、宇宙に由来する光またはコマンドシステムと通信する制御可能光源８５５Ｂのうちの１つまたは組み合わせである。プロセッサは、光の決定されたレベルが所定の範囲内にある場合、光の決定されたレベルと組み合わせて、スペースクラフトバス８００Ｂの姿勢の関数として、制御可能な光反射器８３５Ｂの動作を制御する。

本開示のすべての実施形態が電磁活性剤としてメタマテリアルを使用する必要はない。伸張可能なブーム８２０Ｂ、チルトモータ８３０Ｂおよび回転モータ８４０Ｂが放物線の方程式に従って動作される場合、平坦ではなく機械的および視覚的に放物面である３Ｄプリンティングされた支持構造８５０Ｂをプリンティングすることが可能である。この場合、３Ｄプリンティングされた支持構造８５０Ｂに、メタライズされたマイラー（Mylar）のような導電性金属膜を面させることが適切であり、これにより、より古典的な設計が得られる。この非メタマテリアル放物面設計の別の利点は、メタマテリアルがしばしば狭帯域デバイスであり、狭い波長範囲にわたってのみ動作可能である一方、金属放物面反射器は非常に広帯域であり、１０：１波長範囲にわたって良好に動作し得ると考えられることである。さらに、アンテナにおいて使用されるメタマテリアル設計は、示される分割リング共振器である必要はない。「マッシュルームフィールド」（導電性バックプレーンにわたる小容量性ハット（small capacitive hat）のアレイ）または自己共振誘導コイルといった他のメタマテリアル単位セルも使用されてもよい。

図９は、本開示の実施形態に従った、代替的なコンピュータまたはプロセッサを使用して実現され得る、コマンドシステムと通信するプロセッサまたはコンピュータを示すブロック図である。図９における多くの部分は、人工衛星が軌道に存在する場合または惑星間宇宙に存在する場合には通常必要とされないが、多くのＣＯＴＳプロセッサに内蔵されており、人工衛星が打ち上げ前に経なければならない研究開発、組立、地上テストおよび検証手順の間に有用であることは明らかである。小さな人工衛星でさえも、数百万ドルのコストを示すので、完全な機能をテスト、検証および保証するすべての機会が、打ち上げ前に利用されることが期待されるべきである。さらに、図９におけるブロックのいくつかは、それらの出力が、ＮＩＣネットワークインターフェイス９３４を介して別のスペースクラフト上または地上の制御ステーション上のいずれかにおける適切な物理機器にリモートでリンクされ得るので、打ち上げ後に有用であり続け得る。コントローラ９１１は、バス９５６を通じて接続された、プロセッサ９４０、コンピュータ読取可能メモリ９１２、ストレージ９５８、ならびに、ディスプレイ９５２およびキーボード９５１を有するユーザインターフェイス９４９を含む。たとえば、プロセッサ９４０およびコンピュータ読取可能メモリ９１２と通信するユーザインターフェイス９４９は、ユーザインターフェイス９５７の表面、すなわち、キーボード表面からユーザによる入力を受信すると、コンピュータ読取可能メモリ９１２にデータを取得および格納する。

メモリ９１２は、プロセッサによって実行可能な命令、履歴データ、および、本開示の方法およびシステムによって利用され得る任意のデータを格納し得ることが企図される。プロセッサ９４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスタ、または、任意数の他の構成であり得る。プロセッサ９４０は、バス９５６を通じて１つ以上の入力デバイスおよび出力デバイスに接続され得る。メモリ９１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フラッシュメモリ、不揮発性メモリ、または、任意の他の適切なメモリシステムを含み得る。

さらに図９を参照して、ストレージデバイス９５８は、プロセッサによって使用される補助的なデータおよび／またはソフトウェアモジュールを格納するように適合され得る。たとえば、ストレージデバイス９５８は、本開示に関して上述されるように、履歴データおよび他の関連するデータを格納し得る。付加的または代替的には、ストレージデバイス９５８は、本開示に関して上述したデータと同様の履歴データを格納し得る。ストレージデバイス９５８は、ハードドライブ、フラッシュドライブ、不揮発性メモリ、光学ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、または、それらの任意の組み合わせを含み得る。システムは、随意に、システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように適合されるディスプレイインターフェイス（図示せず）にバス９５６を通じてリンクされ得、当該ディスプレイデバイスは、たとえばコンピュータモニタ、カメラ、テレビ、プロジェクタまたはモバイルデバイスを含み得る。

コントローラ９１１は電源９５４を含み得、電源９５４は、用途に応じて、コントローラ９１１の外に随意に位置し得る。ディスプレイデバイス９４８に接続するように適合されるユーザ入力インターフェイス９５７がバス９５６を通じてリンクされ得、ディスプレイデバイス９４８は、たとえばコンピュータモニタ、カメラ、テレビ、プロジェクタ、またはモバイルデバイスを含み得る。プリンタインターフェイス９５９がさらに、バス９５６を通じて接続され、プリンティングデバイス９３２に接続するように適合され得、プリンティングデバイス９３２は、たとえば液体インクジェットプリンタ、固体インクジェットプリンタ、大規模商業プリンタ、熱プリンタ、ＵＶプリンタ、または、染料昇華型プリンタ（dye-sublimation printer）を含み得る。ネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）９３４は、バス９５６を通じてネットワーク９３６に接続するように適合されており、たとえばデータまたは他のデータが、コントローラ９１１の外のサードパーティディスプレイデバイス、サードパーティイメージングデバイスおよび／またはサードパーティプリンティングデバイス上でレンダリングされ得る。

引き続き図９を参照して、データまたは他のデータは、たとえばネットワーク９３６の通信チャンネルを介して送信されてもよく、ならびに／または、ストレージおよび／もしくはさらなる処理のためにストレージシステム９５８内に格納され得る。さらに、データまたは他のデータは、受信機９４６（もしくは外部受信機９３８）から無線もしくは有線で受信されてもよく、または、送信機９４７（もしくは外部送信機９３９）を介して無線もしくは有線で送信されてもよく、受信機９４６および送信機９４７は両方ともバス９５６を通じて接続される。さらに、ＧＰＳ９０１が、バス９５６を介してコントローラ９１１に接続されてもよい。コントローラ９１１は、入力インターフェイス９０８を介して、外部感知デバイス９４４および外部入出力デバイス９４１に接続されてもよい。コントローラ９１１は、他の外部コンピュータ９４２に接続されてもよい。出力インターフェイス９０９が、プロセッサ９４０から処理されたデータを出力するために使用されてもよい。

本開示の少なくともある実施形態は、スペースクラフトバスを有するスペースクラフトを含む。スペースクラフトバスは、スペースクラフトバスの外部において物体をプリンティングするために供給材料を送達するための少なくとも１つの押出機を有する付加製造システムを含む。供給材料は、（１）樹脂調合物の約４０重量％～７５重量％の低揮発性オリゴマーの混合物と、（２）樹脂調合物の約２５重量％～５５重量％の可塑剤と、（３）樹脂調合物の約０．１重量％～３．０重量％の光開始剤と、（４）樹脂調合物の約０．００１重量％～４重量％の熱抑制剤と、（５）樹脂調合物の約０．０００１重量％～０．１重量％の消泡剤とを有する樹脂調合物を含む。スペースクラフトバスのセンサは、天体に対するスペースクラフトバスの姿勢を決定するためのものである。付加製造システムおよびセンサと通信する少なくとも１つのプロセッサは、スペースクラフトバスの外部において物体を製造するよう、スペースクラフトバスの姿勢の関数として付加製造システムの動作を制御する。

スペースクラフトの実施形態に組み込まれ得るいくつかの局面は、スペースクラフトバスの姿勢が、天体に対するスペースクラフトバスの体勢およびスペースクラフトバスの軌道位置のうちの１つまたは組み合わせを含むことを含み得、天体は、太陽、地球、月または固定星からなる群からのものである。別の局面は、宇宙における押出機に近接するエリアの環境条件を決定、制御、またはその両方を行うための、プロセッサおよび付加製造システムと通信するコマンドシステムであり得る。プロセッサは、宇宙における押出機に近接するエリアの環境条件のコマンドシステム決定または環境条件の制御と組み合わせて、スペースクラフトバスの姿勢の関数として、付加製造システムの動作を制御する。別の局面は、少なくとも１つの温度センサが、宇宙における押出機に近接するエリアの温度を決定するコマンドシステムと通信し得ることであり得る。プロセッサは、決定された温度が所定の範囲内にある場合、決定された温度と組み合わせて、スペースクラフトバスの姿勢の関数として、付加製造システムの動作を制御する。さらに別の局面は、コマンドシステムと通信する少なくとも１つのセンサが、押出機に近接する宇宙に由来する光レベルを決定し得ることであり、プロセッサは、光の決定されたレベルが所定の範囲内にある場合、光の決定されたレベルと組み合わせて、スペースクラフトバスの姿勢の関数として、付加製造システムの動作を制御する。

定義および専門語
「定義および専門語」は、実験から得られたまたは学習された代表的な定義であり、用語またはフレーズの少なくとも１つの理解として理解され得、これらの定義は、本開示の実施形態をさらに理解するのを補助するためにのみ提供される。

３Ｄフリーフォームプリンティング－最小限の（存在する場合）支持基板のみを用いた３Ｄプリンティング。平坦な支持基板から始まるＺレベルの断面を増加させる典型的な「スライスによる（by the slice）」３Ｄプリンティングとは異なり、層は平行および連続的であってもよく、平行および連続的でなくてもよい。

オリゴマー－部分的に重合された樹脂。オリゴマーは、単一の単位セル分子から構成されるモノマーとは異なり、数十～数万の単位セルの鎖である。そのような大きな分子は、モノマーの元々の単一の単位セル分子よりもはるかに粘性が高く、蒸気圧がはるかに低い液体を生成する。オリゴマーは、通常、多数の利用可能な化学結合部位（官能基）を含み、さらに重合され得る。

光開始剤－光子（通常、深青色またはＵＶ）を吸収し、分割し、モノマーまたはオリゴマーの重合をトリガする遊離基および分子を生成する化学物質。光開始剤は、触媒または消費可能であり得る。典型的には、オリゴマー系のプリンティングの準備が整った樹脂の１～３パーセントが光開始剤である。熱重合－光によって開始されない重合イベント。これらは、光開始剤または触媒の補助を伴わずに、別の分子への高エネルギーオリゴマー分子結合の熱力学的に稀なイベントによって引き起こされる。

抑制剤－光開始剤の逆。典型的には、これらの分子は遊離基を捕捉し、これにより供給材料混合物の重合を防止する。重合をトリガするために、抑制剤分子捕捉キャパシティを「通じて燃焼」するとともにバルク重合をトリガするのに十分なＵＶが供給される。抑制剤はさらに、熱重合を防止する。

ポリマー－完全に重合した樹脂。直鎖状樹脂は、長い非分岐鎖から構成されており、通常、何らかの高温で溶融可能なまま（熱可塑性）であり、１個の官能基を有するモノマーまたはオリゴマーを重合させることによって形成される。しばしば歴史的な理由から熱硬化性樹脂と呼ばれる架橋樹脂は、２つ以上の官能基を有するモノマーまたはオリゴマーから形成され、一般にもはや溶融し得ない。架橋樹脂は、高温（＞３００℃）において、それらの構成元素にゆっくりと分解する。さらに、「ポリマー」という用語は、１つ以上のモノマー特定部（specifies）を有する重合分子を指し、ホモポリマーおよびコポリマーを含む。

可塑剤－重合反応に関与しない供給材料に添加される嵩高い分子。代わりに、ポリマー鎖の鎖を分離し、ポリマー鎖が壊れることなく分子スケールで屈曲する余地を提供する。可塑剤の添加によって、応力集中、亀裂が防止され、全体的な構造特性が向上される。

コマンドシステムは、温度、光、圧力、放射線、または、宇宙の他の環境条件といった環境条件を決定し得る。さらに、制御可能な反射器、制御可能な光偏向器、制御可能な加熱および冷却デバイス、制御可能な光源、制御可能な保護シールド、ビデオおよびカメラデバイスを含む制御可能なデバイスなどを介して、宇宙における押出機に近接するエリア（または、３Ｄプリンタがスペースクラフトの外部でプリンティングするエリア）の環境条件または他の構成要素を制御する。コマンドシステムおよびプロセッサの位置は、スペースクラフトまたは何らかの他の位置に配置されてもよく、すなわち、付加製造システムの構成要素に直接的に有線で配線されてもよく、または、付加製造システムに無線で接続されてもよい。

他の局面－オリゴマーのみの供給材料であって、約９個の官能基および約１８００００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマーが１０重量％であり、９個の官能基オリゴマーは、透明な液体多官能ウレタンアクリレートオリゴマーであり、サートマーシーエヌナインゼロワンスリーオリゴマー（sartomercnnine zeroonethree oligomer）であり得るものと、約２個の官能基および約７０００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーが１０重量％であり、２個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマーであり、シーエヌナインナインワンオリゴマー（cnninenine one oligomer）であり得るものと、約６個の官能基および約３５００ｃｐｓの粘度を有する約０～１００重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーが４０重量％であり、６個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートオリゴマーであり、シーエヌナインシックスエイトオリゴマー（cnninesixeight oligomer）であり得る（３つすべてが脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーである）ものと、可塑剤が４０％であって、当該可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０－４ｋＰａ未満である真空油であり、真空油は、ポリフェニルエーテル真空油、すなわち多環ポリフェニルエーテルであり、サントバックナイン（santovacnine）真空油と考えられ得るものとから構成される。

図７、図８Ａ、図８Ｂの付加製造システムは、所望の物体を構築するために使用される材料のような供給材料を含み得る。供給材料容器は、フィラメント供給材料のためのスプール、または、液体およびスラリー供給材料のためのタンクまたはシリンジなどである。供給材料は、使用される供給材料に依存して、容器を有さない可能性がある。付加製造システムは、２部分触媒／樹脂供給材料と、供給材料フィードデバイスとを有し得、供給材料フィードデバイスの例としては、フィラメント供給材料のためのモータドライブを有するフィラメントドライブキャプスタンおよびピンチローラ、または、流体供給材料のためのモータ付きポンプもしくはモータ付きシリンジが挙げられる。少なくとも１つの押出機の例としては、供給材料を特定の位置に配置するノズルが挙げられる。たとえば、供給材料が熱可塑性である場合、付加製造システムは、供給材料を溶融するためのヒータおよび温度センサを含む押出機を有し得る。いくつかのタイプの付加製造システムは液体供給材料を使用し得るが、押出機は、特定の位置への配置の前に樹脂および触媒液体を混合するための混合デバイスを含み得る。位置決めシステムは、押出を所望の物体の位置に対して特定の所望の位置に配置した状態で押出供給材料を配置する。さらに、コンピュータまたは他のプロセッサはメモリを有する。メモリ自体は、たとえば供給材料の移動速度の制御と、押出機における温度および混合の制御と、構築される物体に対する押出機のスピードおよび動きの制御との同時タイミングおよび実行を特定する命令のセットを含み得る。さらに、プロセッサは、所望の物体を構築するために、これらの命令および他の命令を、特定されるタイミングにてシーケンスで実行し得る。付加製造システムは、スペースクラフトの部分内に収容され、スペースクラフトの外面に位置する外側ドアを介してスペースクラフトの外側で操作され得ることが企図される。しかしながら、付加製造システムの位置および操作性の他の構成が企図される。

他の局面－オリゴマーのみの供給材料であって、約９個の官能基および約１８００００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマーが１０重量％であり、９個の官能基オリゴマーは、清澄な液体多官能ウレタンアクリレートオリゴマーであり、サートマーシーエヌナインゼロワンスリーオリゴマー（sartomercnnine zeroonethree oligomer）であり得るものと、約２個の官能基および約７０００ｃｐｓの粘度を有する約０重量％～約２０重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーが１０重量％であり、２個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマーであり、シーエヌナインナインワンオリゴマー（cnninenine one oligomer）であり得るものと、約６個の官能基および約３５００ｃｐｓの粘度を有する約０～１００重量％の低揮発性脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーが４０重量％であり、６個の官能基オリゴマーは、脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートオリゴマーであり、シーエヌナインシックスエイトオリゴマー（cnninesixeight oligomer）であり得る（３つすべてが脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーである）ものと、可塑剤が４０％であって、当該可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０^－４ｋＰａ未満である真空油であり、真空油は、ポリフェニルエーテル真空油、すなわち多環ポリフェニルエーテルであり、サントバックナイン（santovacnine）真空油と考えられ得るものとからから構成される。

「上」、「下」、「頂部」および「底部」などの方向性のある方位は、３Ｄ部品の層プリンティング方向を参照してなされる。以下に示す実施形態では、層プリンティング方向は、鉛直のｚ軸に沿った上方向である。これらの実施形態では、「上」、「下」、「頂部」および「底部」などの用語は、鉛直のｚ軸に基づく。しかしながら、３Ｄ部品の層が異なる軸に沿って、たとえば水平のｘ軸またはｙ軸に沿ってプリンティングされる実施形態では、「上」、「下」、「頂部」および「底部」などといった用語は、所与の軸に対するものである。

化合物は、化合物の単一分子に限定されるのではなく、化合物の１つ以上の分子を指す。さらに、１つ以上の分子は、化合物のカテゴリに該当する限り、同一であってもなくてもよい。したがって、たとえば、「ある」ポリアミドは、当該ポリアミドの１つ以上のポリマー分子を含むと解釈され、当該ポリマー分子は、同一であってもなくてもよい（たとえば、異なる分子量および／または異性体）。

付加製造は、１つ以上の付加製造技術を使用して、３Ｄ物体（すなわち、部品、構成要素など）のデジタル表現（たとえば、ＡＭＦおよびＳＴＬフォーマットファイル）から３Ｄ物体をプリンティングまたはそうでなければ構築するために使用されるシステムａｅを含み得る。いくつかの付加製造技術の例は、押出ベースの技術、噴射、選択的レーザ焼結、粉末／結合剤噴射、電子ビーム溶融、および立体リソグラフィプロセスであり得る。これらの技術の各々について、３Ｄ物体のデジタル表現は、最初に複数の水平層にスライスされ得る。スライスされた各層について、ツール経路が生成され得、これにより、特定の付加製造システムが所与の層をプリンティングするための指示を提供する。たとえば、押出ベースの付加製造システムでは、流動可能な部品材料を押し出すことによって層ごとの態様で３Ｄ物体のデジタル表現から３Ｄ物体がプリンティングされ得る。物体材料は、システムのプリントヘッドによって担持される押出先端部を通じて押出され得、ｘ－ｙ平面においてプラテン上の路のシーケンスとして堆積される。押し出された物体材料は、以前に堆積された物体材料と融着し、温度が低下すると凝固する。次いで、基板に対するプリントヘッドの位置は、（ｘ－ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿ってインクリメントされ、次いで、当該プロセスは、デジタル表現に似た３Ｄ部品を形成するために繰り返される。

宇宙における付加製造
宇宙での製造は、惑星雰囲気外の環境において製造物品の作製である。典型的には、これは、微小重力および高真空（hard vacuum）の条件を含む。宇宙での製造は、地球ベースの産業に対していくつかの潜在的な利点を有する。

ａ）特有の環境によって、地球上で容易に再現され得ない工業プロセスが可能になり得る。

ｂ）原料は、太陽系内の他の実体（bodies）から軌道に搬送され得、地球からの軌道に材料を搬送するコストと比較して低い費用で処理され得る。

ｃ）地球または他の惑星の環境に対するリスクが最小の状態で、潜在的に有害なプロセスが宇宙において実行され得る。

宇宙環境は、さまざまな製品の作製に有益であることが期待される。作製は、採鉱および製造設備を組み立てる大きな資本コストがひとたび支払われると、自己持続的かつ社会にとって有益となるように経済的に収益性がある必要がある。最も有意なコストは、軌道に材料を押し上げるためのエネルギーのハードルを克服することである。ひとたびこの障壁が、キログラム当たりのコストにおいて有意に低減されると、宇宙での製造についての参入価格は、起業家にとってはるかに魅力的になり得る。宇宙での製造の経済的要件は、必要な原料を最小限のエネルギーコストで集める必要性を示唆する。宇宙における材料の経済的な移動は、デルタｖ、または、採鉱サイトから製造プラントに移動するのに必要な速度の変化に直接的に関係付けられる。地球の近くの小惑星、フォボス、デイモスおよび月面は、地球の表面から地球軌道に材料を打ち上げする場合と比較して、はるかに低いデルタｖを有する。

宇宙環境は、地球上の同じ材料と比較して、宇宙における材料の特性間にいくつかの特有の相違を有する。これらの相違は、特有または改善された製造技術を作り出すよう利用され得る。微小重力環境によって、液体または気体における対流の制御および沈降の排除が可能になる。拡散は、材料混合の主要な手段となり、そうでなければ非混和性である材料が混合されることが可能になる。この環境によって、溶液においてより大きくより高品質の結晶の成長の向上が可能になる。宇宙の超清浄な真空によって、非常に純粋な材料および物体の作製が可能になる。蒸着の使用は、欠陥なしで層ごとに材料を構築するために使用され得る。

表面張力により、微小重力における液体が完全に丸い球体を形成する。これは、導管を通じて液体を押し出そうとする場合に問題を引き起こし得るが、一貫したサイズの完全な球体がある用途について必要とされる場合に非常に有用である。宇宙は、容易に利用可能な極端な熱および冷たさを提供し得る。太陽光は、材料を溶融するのに十分な熱を集中させるように集束され得る一方、永久的な影に保たれる物体は、絶対零度に近い温度に晒される。強力なガラス質材料を作製するために、温度勾配が利用され得る。

宇宙での３Ｄプリンティング、宇宙での３Ｄプリンティングアイテムは、地球上での製造に対して多くの利点を保持する。地球から宇宙にツールおよび機器を移出するのではなく、３Ｄプリンティング技術によれば、宇宙飛行士は、必要とされるアイテムを直接的に製造する選択肢を有する。宇宙旅行に必要な貨物がより少なくなるので、オンデマンドの製造パターンによって、長距離の宇宙移動がより実現可能かつ自己十分になる。さらに、ミッションの安全性も向上される。宇宙での３Ｄプリンティングのいくつかの利点は、容易なカスタマイズ、最小限の原料廃棄、最適化された部品、より速い作製時間、統合された電子機器、限定された人間のインタラクション、および、プリンティングプロセスを修正する選択肢であり得る。

実施形態
本開示の上記の実施形態は、多くの態様のいずれかで実現され得る。たとえば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを使用して実現され得る。請求項において、請求項要素を修飾する「第１」、「第２」といった序数の用語を使用することは、それ自体が、別の請求項要素に対する１つの請求項要素の如何なる優先、有意もしくは順序、または、方法の動作が実行される時間的順序を含意しておらず、ある名称を有する１つの請求項要素を、（序数用語の使用を除いて）同じ名称を有する別の要素から区別し、請求項要素同士を区別するために単に標示として使用される。

本開示は、ある好ましい実施形態を参照して記載されたが、本開示の精神および範囲内で、さまざまな他の適応例および修正例がなされ得ることが理解されるべきである。したがって、本開示の真の精神および範囲内にあるそのようなすべての変形例および修正例をカバーすることが、添付の請求の範囲の局面である。

本開示の上記の実施形態は、多くの態様のいずれかで実現され得る。たとえば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを使用して実現され得る。ソフトウェアで実現される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに提供されるかまたは複数のコンピュータに分散されるかに関わらず、任意の好適なプロセッサまたはプロセッサの集合上で実行され得る。そのようなプロセッサは、集積回路として実現され得、集積回路構成要素内に１つ以上のプロセッサが存在する。しかしながら、プロセッサは、任意の好適なフォーマットの回路を使用して実現されてもよい。

さらに、本開示の実施形態は、例が提供された方法として具現化されてもよい。当該方法の部分として実行される動作は、任意の適切な態様で順序付けられてもよい。したがって、動作が示されるのとは異なる順序で実行される実施形態が構築されてもよく、当該実施形態は、いくつかの動作を、例示的な実施形態において順次動作として示されているが、同時に実行することを含み得る。

請求項において、請求項要素を修飾する「第１」、「第２」といった序数の用語を使用することは、それ自体が、別の請求項要素に対する１つの請求項要素の如何なる優先、有意もしくは順序、または、方法の動作が実行される時間的順序を含意しておらず、ある名称を有する１つの請求項要素を、（序数用語の使用を除いて）同じ名称を有する別の要素から区別し、請求項要素同士を区別するために単に標示として使用される。

本開示は、好ましい実施形態の例として記載されたが、本開示の精神および範囲内で、他のさまざまな適応例および修正例がなされ得ることが理解されるべきである。したがって、添付の請求の範囲の目的は、本開示の真の精神および範囲内にあるそのようなすべての変形例および修正例をカバーすることである。

Claims (14)

1. 添加物が添加される前の樹脂調合物の６０重量％のオリゴマーの混合物と、前記添加物が添加される前の前記樹脂調合物の４０重量％の可塑剤と、からなる供給材料と、
   前記供給材料の１重量％の光開始剤と、前記供給材料の３重量％の熱重合抑制材と、前記供給材料の０．３７重量％の消泡剤とを含む前記添加物と、を有し、
   前記オリゴマーの混合物は、
   ６個の官能基および３５００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーと、
   ２個の官能基および７０００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーと、
   ９個の官能基および１８００００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマーとを含み、
   前記各粘度の値は、室内温度のものであり、
   前記オリゴマーの混合物は、前記光開始剤、前記熱重合抑制材および前記消泡剤と組み合わされ、混合され、次いで６０℃の温度および５ｋＰａの圧力で少なくとも１０分間脱気され、
   前記可塑剤は、１００℃における蒸気圧が１０－４ｋＰａ未満の真空油である、樹脂調合物。
2. 添加物が添加される前の樹脂調合物の６０重量％のオリゴマーの混合物と、前記添加物が添加される前の前記樹脂調合物の４０重量％の可塑剤と、からなる供給材料と、
   前記供給材料の１重量％の光開始剤と、前記供給材料の３重量％の熱重合抑制材と、前記供給材料の０．３７重量％の消泡剤とを含む前記添加物と、を有し、
   前記オリゴマーの混合物は、
   ６個の官能基および３５００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーと、
   ２個の官能基および７０００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーと、
   ９個の官能基および１８００００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマーとを含み、
   前記各粘度の値は、室内温度のものであり、
   前記オリゴマーの混合物は、前記光開始剤、前記熱重合抑制材および前記消泡剤と組み合わされ、混合され、次いで６０℃の温度および５ｋＰａの圧力で少なくとも１０分間脱気され、
   前記消泡剤は、気泡破壊ポリマーおよびポリシロキサンの溶液である、樹脂調合物。
3. 添加物が添加される前の樹脂調合物の６０重量％のオリゴマーの混合物と、前記添加物が添加される前の前記樹脂調合物の４０重量％の可塑剤と、からなる供給材料と、
   前記供給材料の１重量％の光開始剤と、前記供給材料の３重量％の熱重合抑制材と、前記供給材料の０．３７重量％の消泡剤とを含む前記添加物と、を有し、
   前記オリゴマーの混合物は、
   ６個の官能基および３５００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第１のオリゴマーと、
   ２個の官能基および７０００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第２のオリゴマーと、
   ９個の官能基および１８００００ｃｐｓの粘度を有する１０重量％の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマーの第３のオリゴマーとを含み、
   前記各粘度の値は、室内温度のものであり、
   前記オリゴマーの混合物は、前記光開始剤、前記熱重合抑制材および前記消泡剤と組み合わされ、混合され、次いで６０℃の温度および５ｋＰａの圧力で少なくとも１０分間脱気され、
   前記オリゴマーの混合物は、脱気前に、付加的な意図的な発泡剤とともに、前記光開始剤、前記熱重合抑制材および前記消泡剤と組み合わされ、混合される、樹脂調合物。
4. 前記６個の官能基は、脂肪族ポリエステル系ウレタンヘキサアクリレートオリゴマーである、請求項１から３のいずれか１項に記載の樹脂調合物。
5. 前記２個の官能基は、脂肪族ポリエステル系ウレタンジアクリレートオリゴマーである、請求項１から４のいずれか１項に記載の樹脂調合物。
6. 前記９個の官能基は、透明な液体多官能ウレタンアクリレートオリゴマーである、請求項１から５のいずれか１項に記載の樹脂調合物。
7. 前記真空油は、ポリフェニルエーテル真空油である、請求項１に記載の樹脂調合物。
8. 前記ポリフェニルエーテル真空油は、多環ポリフェニルエーテルである、請求項７に記載の樹脂調合物。
9. 前記真空油は、５環ポリフェニルエーテルである、請求項１に記載の樹脂調合物。
10. 前記光開始剤は、ビス－アシルホスフィンオキシドである、請求項１から９のいずれか１項に記載の樹脂調合物。
11. 前記熱重合抑制材は、４－メトキシフェノールである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の樹脂調合物。
12. 前記付加的な意図的な発泡剤はガスであり、空気、アルゴン、窒素、酸素、ヘリウム、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、シクロプロパン、クロロメタン、ジクロロメタン、フルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、またはテトラフルオロメタンのいずれかを含む、請求項３に記載の樹脂調合物。
13. 前記付加的な意図的な発泡剤は、溶解ガスと、微粒子との組み合わせであり、
    前記微粒子は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、微粉砕シリカ、または粉砕シリカマイクロバルーンである、請求項３に記載の樹脂調合物。
14. 前記脱気の完了の際に、付加的な意図的な発泡剤が添加される、請求項１に記載の樹脂調合物。

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