3Dプリント技術がボート機器サポートに与える影響についての簡単な説明

文：趙天中、陸旭、王静

修理装備サポートは軍事装備サポートにおいて重要かつ不可欠な部分です。戦場でのメンテナンス設備は、完全で、迅速で、すぐに利用できるものでなければなりません。しかし、軍事装備の損傷場所を予測することは難しく、最前線支援チームの装備運搬能力は限られており、チームは後方装備供給倉庫から遠く離れているため、メンテナンス設備が不足したり、供給が遅れたりすることが多く、損傷した装備の修理に影響を与えます。第三次産業革命の実現を推進する重要な技術の一つとして、3Dプリンティング技術が実戦に向かっています。米軍を筆頭に世界の軍事大国は、この技術を戦場整備装備支援問題の解決に熱心に応用し、関連技術の研究、利用、普及が加速し、軍事装備の設計・製造、軍事装備支援など多くの分野で破壊的な変化をもたらしている。

3Dプリントのプロセス
3D プリントには、3D プリントデータの作成、物理オブジェクトの印刷、後処理という 3 つのプロセスが含まれます。

1. 3Dプリント用データを作成する 3D プリントデータの作成には、部品の 3D モデルの作成、近似処理、および階層化スライスが含まれます。 3D モデルは、3D CAD ソフトウェアを使用して設計することも、3D スキャナーを使用して既存のサンプルをスキャンすることによって設計することもできます。おおよその処理は、3D 設計モデルを汎用 STL 形式のファイルに変換することです。レイヤードスライシングは、3D モデルを一連の 2 次元断面画像に変換し、プリンターの制御命令を作成するプロセスです。

2. 物理的なオブジェクトを印刷する 物理的なオブジェクトを印刷するということは、コロイドや粉末などの「印刷材料」をプリンターに装填し、プリンターをコンピューターに接続し、印刷ソフトウェアを通じて設計図データを読み取り、そのデータを 3D プリンターに送信して、プリントヘッドの動きと材料の出力を制御することを意味します。 3Dプリンターが作動すると、材料フィラメントと可溶性サポート材料が半液体状態に加熱され、その後、プリントヘッドから出力され、極めて微細な層に正確に堆積され、「印刷材料」と3次元モデルが層ごとに重ね合わされます。これらの断面層は、順番に結合または溶融されて、ワークピースの最終形状になります。

3. 後処理 後処理工程には、主にワークピースと支持材の分離、必要な表面の研削と研磨などが含まれます。また、軍事装備の性能要件を満たすために、必要に応じてワークピースを強化したり、熱処理したりすることもできます。

軍事分野における3Dプリント技術の応用 軍事分野では、世界各国が遅れを取ることを望まず、3Dプリント技術の開発と応用を積極的に進めており、多くの分野で目覚ましい応用成果が出ています。
1. 航空宇宙機器航空宇宙分野は3Dプリンティング技術が最も広く活用されている分野の一つであり、国内外で多くの成功事例があります。ロッキード・マーティンは、シアキーの3Dプリントチタン合金部品をF-35戦闘機のエルロンスパーに使用し、飛行試験検証を実施した。両社はまた、F-22戦闘機用のチタン合金製支持材を共同で開発し、全寿命スペクトル疲労試験および荷重試験を実施した。 3D プリントされた金属部品を搭載したイギリス空軍のトルネード戦闘機がテスト飛行に成功しました。3D プリントされた部品には、コックピットの無線シールド、着陸装置保護、空気取り入れ口ブラケットなどが含まれています。 2013 年、欧州航空防衛宇宙会社は 3D プリント技術を使用して、熱可塑性材料を使用したマイクロ UAV プロトタイプと一時的な UAV 部品を製造しました。 2012年、米国ワシントン州立大学の研究チームは、3Dプリント技術を利用して小型科学衛星用の金属部品やセラミック部品を製造することを目的とした探索研究プロジェクトを立ち上げた。 2013年、研究チームは3Dプリンター機器と模擬月の岩石材料を使って部品を製造することを実証し、これは米国の「宇宙製造」プログラムにとって重要な前進となった。中国初の航空母艦「遼寧」のJ-15艦載機は、2012年10月と11月に初飛行に成功した。前部着陸装置全体を含む主要な荷重支持部品をチタン合金で製造するために、3Dプリント技術が広く採用された。私の国は、J-20とJ-31の開発にも3Dプリント技術を使用しました。

2. 設備のメンテナンス設備メンテナンスの面では、3D プリント技術が従来の設備サポート方法を覆すことになります。部品が破損した場合でも、その部品の3Dモデルデータがあれば、サプライヤーの工場での製造を待つことなく、短期間で製造できるため、戦時中の緊急修理が可能になります。そして現在、同じ量の消耗品を使用して修理装置を製造する場合、3Dプリンターの生産効率は従来の方法の3倍になります。米軍は2012年8月と2013年1月の2回にわたり、移動式3Dプリント研究所をアフガニスタンに派遣した。この研究所では、アルミニウム、プラスチック、鉄などの材料を現場で生産・加工し、個人用防護具や武器の部品など必要な部品を製造することができる。アメリカの企業であるオプトメックは、3Dプリント技術を使用して、米空軍の高価な航空機金属部品を修理しています。アニストン陸軍基地は3Dプリント技術を使用してM1エイブラムス戦車のガスタービンを修理し、その効果は明らかに期待通りの成果を上げました。米海軍水中戦闘センターは、3Dプリント技術を使用して古い部品や工具を修理しました。近年、中国海軍は駆逐艦に微細加工工場を装備し始め、3Dプリント技術を使用して損傷した部品を迅速に修復し、装備サポートの効率を大幅に向上させました。

3. 軍事用電子機器
軍事電子機器における3Dプリント技術の応用シナリオが徐々に現れ始めています。カリフォルニア大学バークレー校は、3D プリント技術を使用して有機下部電極電界効果トランジスタを製造しました。米国のイリノイ大学の学者たちは、3次元のマイクロカーブアンテナを印刷しました。2013年、深圳マイクロ航空磁気電子有限公司は3D印刷技術を使用してヒルベルト衛星GPSアンテナを製造し、4アームスパイラルアンテナよりも優れた性能を実現しました。 3D プリンターは特殊なノズルを使用して金属はんだをスプレーし、チップフリップチップ接合でチップバンプを形成できます。また、非常に困難な 3 次元の電気相互接続にも特に適しています。

3D プリント技術がボート機器サポートに与える影響 3D プリント技術の急速な発展と適用可能な印刷材料の範囲の継続的な拡大により、将来の戦場の船舶および船舶の装備サポートに革命的な影響を与えることは間違いありません。

（I）船舶機器の供給形態は「支援納品」から「現地生産」へ従来のモデルでは、ボートや装備が不足すると、後方支援基地からの支援や配送が必要になることがよくあります。船舶設備の供給を支援し配送するこの方法は、時間がかかり、労働集約的で非効率的であるだけでなく、輸送プロセス中にセキュリティ保護を提供するために戦闘部隊が必要になる場合もあります。しかし、3D プリンターが小型化、可動性、汎用性へと進化するにつれ、3D プリンターは保守担当者自身が持ち運んだり、タスクフォースで配備したりできるようになります。移動式3Dプリント設備の助けを借りて、タスクフォースは後方支援基地の制限を受けずに「オンデマンド構築」を行うことができ、いつでもどこでも緊急に必要なさまざまなボートや装備を直接生産することができます。これは安全で迅速であるだけでなく、タイムリーで適切な場所と適切な量で正確なサポートを提供することもできます。

（II）艦艇装備の戦時予備モードが「物理的重要予備」から「技術資料予備」に変更される 従来の艦艇装備の戦時備蓄は、戦闘の種類や戦闘任務に応じて戦時に必要な整備装備を予測し、戦闘性能に影響を与える装備の大規模な物理的備蓄に重点を置いています。この保管モデルでは、ボートや機器は一定期間保管スペースを占有する必要があり、その結果、管理コストが高くなり、保管作業量も膨大になります。一方、長期間保管された船舶設備は、不適切な保管により錆や老朽化などにより廃車になってしまうこともあります。 3D プリント装置を使用することで、関連するコンピュータ支援設計データがあれば、あらゆる船舶機器を印刷して製造することができ、戦場のニーズに完全に対応できます。ボート装備保管倉庫は3Dプリントデータ生産・データ保管センターに置き換えられ、戦場に必要なボート整備装備の技術データを総合的に保管できるため、ボート装備の保管漏れや保管不足を心配する必要がありません。保管スペースを節約し、管理コストを削減するだけでなく、高精度と無駄のない保管も保証します。その軍事的、経済的メリットは明らかです。

（III）ボート機器サポート担当者は「専門サービス担当者」から「専門設計製造担当者」に変更されます
3D プリント技術の応用により、従来の船舶設備サポート要員の役割の位置付けが変わります。今後、船舶設備サポート要員は、保管、輸送、供給、補充、再輸送、再供給などの日常業務に限定された専門サービス要員ではなく、コンピュータ支援設計に精通し、材料科学や加工技術の知識に精通した設計・製造の専門要員となる必要があります。ボート機器のメンテナンスのニーズに応じて、適格なボート機器をタイムリーに設計、印刷、製造するには、ボート機器サポート担当者の質と能力に非常に高い要求が課せられます。

（IV）船舶装備品の供給元は「専門メーカー」から「軍用製造」に変わる従来のボート設備は専門メーカーから供給されており、そのメンテナンスがタイムリーに行われるかどうかは、専門メーカーのサービスレベルと動作条件に大きく依存します。その中で、輸入ディーゼルエンジン設備や一部の古い設備のメンテナンス設備は、常に供給ルートが単一であったり、供給ルートが不足していたりして、価格が高いだけでなく、購入も困難です。 3Dプリント技術をボート設備のメンテナンスに応用することで、市場の影響や専門メーカーの制約から解放され、ボート部隊は完全に自社製造に頼ることができます。国産機器でも輸入機器でも、新品でも旧式でも、メンテナンスに必要な機器は3Dプリントで製造できるため、ボート機器の発注、梱包、輸送など多くの中間リンクが省かれ、ボート機器サポートの適時性とスピードが確保されます。

著者: 趙天中、陸旭、王静

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