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国立天文台、金属3Dプリンターを用いた電波天文用受信機部品の製作に成功

国立天文台は、アルマ望遠鏡のバンド1受信機に搭載する部品「コルゲートホーン」を、金属3Dプリンターを用いて製作することに成功した。

3次元モデルデータに基づいて材料を積層、結合させることにより立体的に製品を生成する付加製造技術(Additive Manufacturing)の天文観測機器への応用を、国立天文台のアルマプロジェクトと先端技術センターは連携して2015年頃から検討してきた。天文観測機器は1つの望遠鏡に1つだけの装置という固有なケースが多いこと、また特殊な部品が必要になることから、積層造形技術を有効に活用できる可能性があるという。

当時は、アルマ望遠鏡のバンド1受信機(観測周波数35~50GHz)のプロトタイプの設計開発が進んでいたことから、バンド1受信機用の部品を試作品として選定し、装置の販売代理店企業と共に検討を重ねた。その後2019年、先端技術センターに金属3Dプリンターを導入し、実用品としてのコルゲートホーンの製作に着手することになった。

コルゲートホーンは、天体からの電磁波を受信機上で最初に受信し、後段に設置された検出器へ電磁波を集光する役目を果たす。最先端の受信機に使用するためには、アンテナビームパターンや周波数特性などの性能が仕様を満たし、低温かつ真空という環境で問題なく機能するための金属材料物性の評価も重要となる。

製作したコルゲートホーンは現在、台湾の中央研究院天文及天文物理研究所(ASIAA)でバンド1受信機に組み込まれ、-258℃の環境で最終段階の性能試験が行われている。これまでの試験の結果では、アルマ望遠鏡の仕様に適合していることが確認されている。試験終了後に、受信機をアルマ望遠鏡に搭載することで、電波天文学において初めての金属3Dプリンターで製作した部品を組み込んだ高感度受信機の誕生となる。

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