米陸軍は3Dプリントを学び、軍事即応性の向上に役立てている

米陸軍は長年にわたり3Dプリント技術を駆使してきた。陸軍 AL&T 誌の最新号に掲載された記事で、上級編集者のスティーブ・スターク氏が、この軍部門が 3D プリントをどのように使用しているか、またどのような障害が存在するかを詳細に検証しています。スターク氏は、軍が製造技術の向上に取り組んでいる中、3Dプリントは「陸軍に最適」だと書いている。米陸軍研究所（ARL）所長フィリップ・ペルコンティ博士は、この技術は「開発の重要な段階にある」と語った。

これらの品々はバグラム飛行場の REF Ex Lab で製造され、Ex Lab のエンジニアは兵士と協力して彼らが遭遇した問題の解決策を開発しました。
「陸軍は技術進歩の最前線に立ちたいと考えています」とペルコンティ博士は、2018年秋にメリーランド州に新しく開設された先進製造、材料およびプロセス（AMMP）製造イノベーションセンターの開所式で述べた。

ペルコンティ博士は、あらゆる種類の交換部品やコンポーネントの移動生産が近い将来に実現すると考えています。海軍、空軍、海兵隊はすでにこのアプリケーションを活用しています。 3D プリントは即応性の向上に使用できます。即応性は、建物や修理から物流やメンテナンスまですべてをカバーする、かなり広範なカテゴリです。最も重要な目標は、適切な数のデバイスを搭載したユニットを送信して、オンデマンド 3D プリント用のモバイルユニットを確立することです。

陸軍の戦車自動車研究開発工学センター（TARDEC）の機械エンジニア兼積層造形スペシャリストであるマイク・ニコディノフスキー氏は、研究開発工学司令部（RDECOM）や航空ミサイル研究開発工学センター（AMRDEC）など、軍のさまざまな場所で現在、即応性を高め、メンテナンスプロセスを迅速化するために、プラスチックや金属部品の3Dプリントの実験が行われている様子を説明した。

「私たちはM1エイブラムスの部品を修理してきました。陸軍と海兵隊のプロジェクトでは、インペラファンなどの部品を印刷してきました。私たちが行ってきたことの多くは、基本的な1対1の交換です」とニコディノフスキー氏は言います。「従来の方法で製造された部品に積層造形法で何ができるでしょうか？その多くは維持管理用であり、私たちがロックアイランドで行っているのは、金属部品を印刷できるように機器と材料を調達することです。

アフガニスタンのバグラム飛行場にある REF エンジニアによって設計および製造された 3D プリントされた 90° ストレインリリーフオフセットコネクタは、機器に接続したときにケーブルが破損するのを防ぐために使用されます。

付加製造は減算製造とは大きく異なるため、重要なトレーニングが必要になります。「これは大規模な取り組みです。機械に触れて操作する人を訓練する必要があるだけでなく、AM の機能と AM 向けの設計方法を理解できるように兵士やエンジニアを訓練する必要もあります」と、ロックアイランドアーセナルの高度製造部門ディレクター、エドワードフリン氏は説明します。「兵士たちに技術的な能力と機械の実際の使い方を訓練しなければなりません。そして、設計コミュニティ自身に付加製造の利点を教えて、設計を始められるようにしなければなりません。」

REF サポートエンジニアのライアンムジイがプロジェクトのために金属を切断しています。陸軍工兵研究開発センター (ERDC) の機械エンジニアであるメガンクリーガーは、図書館の MWR (士気、福利厚生、レクリエーション施設) のメーカースペースを利用することは、軍人に 3D プリントをもっとよく知ってもらうための便利な方法だと説明しました。「ものづくりに情熱を持っている人は、ただ放り込まれた場合よりもよく学べます」と彼女は説明しました。
陸軍は、実際に技術の使い方を学ぶことに加え、3Dプリント用の新しい材料や設計ツールの開発にも取り組んでいます。

「陸軍の最近の取り組みは即応性に重点を置いており、研究で比較的簡単に行えることの 1 つは、印刷しやすい新しい材料を設計することです。印刷の信頼性が高まり、理解が深まるにつれて、ドロップイン交換品として機能するようなものは、既存の部品をサポートするより直接的な方法になります」と、メリーランド州陸軍研究所 (ARL) の材料開発担当上級活動科学者であるウィリアムベナード博士は述べています。「ARL がこれに関して支援している投資分野の 1 つは、RDECOM コミュニティの他のメンバーも注目していると思いますが、積層造形業界向けの新しい設計ツールです。」

陸軍は、3D プリントを導入することの具体的な経済性をまだ判断する必要がある。納期が厳しい場合にはコストは問題になりませんが、プロジェクトにおいて製造の再現性とコストがより重要になる場合は状況が逆転します。その他の要因としては、部品の必要性がどの程度重要か、どのくらい早く開発できるか、その他の要素は特定のプログラムによって異なるか、陸軍が資金をどこに支出しているかなどが挙げられる。

RDECOM 兵器研究開発エンジニアリングセンターの戦場での付加製造による迅速な製造 (R-FAB) の遠征付加製造プログラム責任者である Tim Phillis 氏は、次のように説明しています。「科学者やエンジニアとして、私たちは材料特性やプリントベッドの温度、プリントヘッドなどについて話すことができますが、上級管理職は、このテクノロジーで即応性をどのように向上できるか、システムと兵士を準備させるには何が必要か、について考えています。それが私たちが学んでいることです。」

2017年のパシフィック・パスウェイズ演習中、兵士たちはR-FABを使用して、ストライカー車両用のカメラレンズカバーを4時間で印刷しました。 [米軍写真]
陸軍は主に「近代化の優先事項に力を注いでいる」とし、さらなる開発は学界と産業界に任せているとスターク氏は書いている。我が国の軍隊が 3D プリントを実際の用途に利用したいと考えているなら、この開発を加速する必要があり、これらの部品は十分な圧力に耐えなければなりません。

「装飾部品を作るのも一つの方法ですが、故障する可能性のある荷重支持部品や駆動部品を作ろうとすると、さらに難しくなります」と、軍事ナノテクノロジー研究所で陸軍・MIT提携研究センタープロジェクトを管理するオーラ・ギム博士はインタビューで語った。

「[付加製造された製品]が実際に現場に配備される際には、標準化と、これらの部品を測定および評価するための計測法や測定基準の確保が非常に重要になります。期待通りに機能しない部品が発生することは避けたいからです。」

ペルコンティ博士も同意しました。「最終的に、私たちの目標は、交換する部品と見分けがつかないほどの認定部品を作ることです。覚えておいてください。武器システムから部品を取り出し、それを積層造形部品に交換する場合、その部品が完全に機能しなければ時間の無駄です。ですから、何をするにしても、科学を理解し、製造を理解し、認定部品を戦闘員に提供していることを確信する必要があります。」

UH-60A/L ブラックホークヘリコプター [写真: Military.com]
たとえば、AMRDEC はゼネラル・エレクトリック社と協力して、アパッチおよびブラックホークヘリコプターの動力源である T700 モーター用の 3D プリント部品を提供しています。しかし、これらのモーター部品は陸軍規格に従ってテストおよび認証されていないため、使用されていません。このプロジェクトは「知識の変換が主な目的です」と、アラバマ州レッドストーン兵器廠にある陸軍製造技術局の製造科学技術部門の積層造形リーダー、キャシー・オルソン氏は述べ、レーザー粉末床溶融結合法を用いて部品を3Dプリントすると語った。 3D プリントされた部品を陸軍が使用できるように認定するには、まず材料を決定する必要があります。

「次に、マシンを認定し、繰り返し可能な部品を製造していることを確認し、製造する部品のプロセスを認定する必要があります。部品が異なれば、製造する必要のあるさまざまな形状に対してさまざまなパラメータセットが必要になる場合があるためです」とオルソン氏は説明します。

「ボタンを押すだけで印刷できるわけではありません。両方の側面に多くのエンジニアリングが関わっています。ビルドレイアウトの設計でさえ、部品が正しく印刷されるようにレイアウトを正しくするために何度か繰り返し作業が必要です。」陸軍にとって 3D プリントの確実な用途の 1 つはツールです。このプロセスの変更にはエンジニアリングの変更は必要ありません。

アフガニスタンのEx Labsの元主任エンジニア、パトリック・ファウラー博士は、兵士と協力して物資の解決策に取り組んでいます。
「すぐにツールに移行できます」とフリン氏は説明します。「設計プロセスは進行中ですが、製造は数週間ではなく数日で完了します。試作や主流の製造では、24 時間でツールを積層製造できます。」

3D プリントが適切に適用されれば、世界中の兵士は戦場で必要なものをほぼすべて作ることができるようになります。

「どんなミッションを解決できるでしょうか。いろいろなものが見つかります」とフィリスは言う。「ハンビーにガソリンキャップが付いていないので、長い列ができています。あるいはガソリンキャップが壊れています。注文すると、30日間か45日間、あるいは供給システムを通過するのにどれだけ長く待たなければなりません。」

「数時間で終わらせることができれば、供給システムが追いつくのを待つ間にトラックが準備できることになります。」

出典: Additive Light

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