3Dプリントは軍事分野で特別な用途がある

最近、米国陸軍工兵研究開発センターは世界最大のコンクリート3Dプリンターを稼働させ、46.45平方メートルの兵舎小屋を40時間で印刷した。米国の3Dプリント銃の人気は衰えていない。最近、NATOの「トライデント・ジャンクチャー」軍事演習中に、寒さで故障したトラックや戦車の修理に3Dプリントされたスペアパーツが使用されたというニュースが流れた。「3Dプリントされたスペアパーツは、倉庫からの出荷を待つことなく、すぐに配送できる」とNATOのストルテンベルグ事務総長はNATO産業フォーラムで述べた。修理の過程では、トラックに積まれていた2.51ドルの消火器キャップが米国から発送されるまでに126日かかったこともあった。

↑世界最大のミサイルメーカー、レイセオン社が3Dプリント技術を使って作ったミサイル部品。韓国軍基地では部品の印刷に加え、訓練用の地雷や迫撃砲弾も印刷しており、2025年までに3Dプリント設備を定期的に使用する予定だ。さらに、英国陸軍の将来の「SF戦艦」も、プリントされたドローン群、電磁砲、レーザー砲などの3Dプリント兵器を使用する可能性がある。では、3D プリント技術で作られた武器や装備は戦場で効果を発揮できるのでしょうか?それとも、あまりにも脆弱であるために敗北するのでしょうか?

武器の部品や複雑な構造部品の印刷に適している「技術的な観点から見ると、3Dプリントは軍隊の一般的な装備のニーズを満たし、モバイルで迅速なスペアパーツ保証モードをもたらすことができます」と、国防科学技術戦略研究シンクタンクの研究員で、国立国防科学技術大学先端学際研究学院国家安全保障・軍事戦略研究所所長の朱其超氏は述べた。「3Dプリントは軍事において特別な用途がある」軍事科学ライターの于碩氏は、緊急時にトラックの油圧パイプジョイントや点火キャップが故障した際に、3Dプリントがその緊急の必要性を軽減できると例を挙げた。

1892年に始まった3Dプリント技術は、印刷材料と方法に制限があり、その発展は比較的遅いものでした。近年、3Dプリント製品は食品、建設、医療、航空宇宙など多くの分野で使用され始めています。3Dプリント技術は金属部品の製造において大きな進歩を遂げており、主要国は武器や装備品の製造とメンテナンスへの応用を模索し始めています。

3Dプリントは、武器や装備の開発、製造、メンテナンス、複雑な構造部品の生産など幅広い応用展望を持っています。また、迷彩や防護装備、兵站支援、医療部品や救助機器の生産への応用も徐々に増加しており、徐々に世界の軍事大国の間で注目と競争の焦点となっています。

米国は2012年、製造業構造改革計画において、3Dプリント技術を11の重点開発技術の一つに挙げた。また、2012年と2013年には、3Dプリント技術に基づく設備の保守・サポートを検証するため、3Dプリント技術に基づく移動式遠征実験室を2つ配備した。

3Dプリンティングは、軍事兵器や施設のメンテナンスに大きな影響を与えます。戦場で必要な部品を直接「印刷」し、損傷した装備のメンテナンスをタイムリーかつ正確に完了し、戦闘能力を迅速に回復できます。3D設計から部品加工まで、数時間から数十時間しかかかりません。インゴット鋳造、胚製造、金型、型鍛造などの従来の製造方法を必要とせず、迅速かつ安価にプロトタイプを作成できます。製造プロセス全体がデジタル化されており、いつでも修正して製造して、ほぼあらゆる形状の部品を形成できます。特に、複雑な構造部品の製造サイクルが大幅に短縮されます。必要に応じて、後部設計者は、最前線のメンテナンスニーズに基づいて、一時的に新しいメンテナンスツールを設計できます。

大量生産は時間がかかりすぎるし、要求も厳しい。従来の製造方法は、余分な材料を取り除いて切断する減法製造です。3D プリントは「ボトムアップ」の材料蓄積製造方法であり、積層製造技術と呼ばれます。関連データによると、3D プリントには 12 種類以上の成形方法があり、2 つのカテゴリに分けられます。1 つ目のカテゴリは、ステレオリソグラフィー、選択的レーザー焼結などのレーザー技術に基づく成形方法です。2 つ目のカテゴリは、3D プリント、溶融堆積などの非レーザー技術に基づく高速成形方法です。

しかし、このようにして製造された軍事装備には避けられない欠陥が露呈した。「レイヤーバイレイヤー印刷方式は、軍用印刷製品のサイズが一般的に大きすぎず、効率が低く、強度と品質が心配であることを意味します。」Yu Shuo氏は例を挙げ、3Dプリンターは約50分で小さなスペアパーツを製造できるが、従来のモデルベースの鋳造方法では1分で数個製造できる可能性があると述べた。さらに、3D プリントされた銃や武器は材料特性によって制限され、圧力や力に耐えられず、数回使用すると損傷してしまうことはよく知られています。

海外で発表されたデータによると、3Dプリント材料には熱可塑性プラスチック、ナイロン、特殊硬質透明材料、ポリプロピレン、チタン合金、炭素繊維など、20種類近くあり、現在大多数の工業製品に使用されている材料の種類をカバーしています。また、既存の3Dプリント技術で生産される部品の最大サイズは立方メートルに達し、武器や装備のほとんどの部品の生産ニーズを満たすことができます。

朱其超氏は、これについて懐疑的だ。「難しいのは、印刷材料が要件を満たしているかどうかです。特殊な設備では、材料に対する要件が非常に高くなります。たとえば、合金は金属材料の比率に関係し、設備の耐用年数に直接影響します。そうでなければ、印刷された製品は要件を満たさず、使用できません。」彼は、製造技術としての3Dプリントは材料によって制限されると指摘した。さらに、使用中に部品が耐えなければならない高温、高圧、耐腐食性の程度も考慮する必要がある。そうでなければ、たとえ 3D プリントで美しい製品を印刷できたとしても、実用化には不十分かもしれません。

于碩氏もこの見解に同意した。「武器や装備が高温高圧の環境で戦う場合、武器や装備の強度を確保するには、非常に難しい成形技術に頼らなければなりません。」彼は、トラックが大きすぎるだけでなく、最も重要なことに、トラックの梁、フレーム、その他の荷重を支える部品を印刷できないため、トラックの3Dプリントは不可能だと考えています。

多くの専門家はまた、技術的およびコスト的制約により、3Dプリント技術が大規模な組立ライン生産に取って代わることは難しいと指摘した。さらに、現在の 3D プリント製品の精度は満足できるものではなく、印刷効率は大規模生産のニーズを満たすにはほど遠いものです。「トラック生産ラインでは1日に数百台、あるいは数千台のトラックを生産するが、3Dプリントで1台を生産するには数日かかることもある」とユー・シュオ氏は語った。

開発は部品の多様化と小型化に重点を置いている。 「世界的に見ると、3Dプリントは軍事ではあまり一般的ではありません。結局のところ、新しい製造技術としてはまだ研究段階であり、すべての国がこの技術を使用できるわけではありません。」朱其超氏は、「この技術は現在NATO軍に登場していますが、実際には軍事への応用はまだ実現が難しいのです。」と語りました。于碩氏は、「ほとんどの国はまだこれを適用していません。主な理由は、適切な軍事用途が見つかっていないためです。」と述べました。

データによると、軍事分野における 3D プリント技術の今後の発展は、主に武器や装備部品の多様なニーズを満たすために材料の多様性を向上させることに反映され、3D プリントシステムは小型化の方向に発展し、野戦における迅速かつ正確なサポートの要件に適応します。米軍が戦場の兵士向けに小型の3Dプリンターを開発したと報じられており、兵士のバックパックに入れて戦場で使用できるという。

「3Dプリント実験室を軍と一緒に移動させることは可能だが、小さな部品をプリントするためには1メートル以内の小さな容器でなければならない」と于碩氏は述べ、もし本当に家ほどの大きさの施設が持ち込まれたら、軍事的に非常に面倒になるだろうと語った。さらに、3Dプリントの効率も、将来の応用において重要な考慮事項です。「損傷した装備を30分で修理するのは価値がありますが、1日かかるとしたら意味がありません。修理する意味は何でしょうか？敵が来ています。」Yu Shuo氏は、武器の部品が損傷した場合、より現実的な方法は新しいものを購入することだと考えています。3Dプリンターは遠隔地でのみ適用できます。「その費用対効果は非常に低く、コストを回収するには約数千回の印刷が必要です。したがって、軍隊の普遍的な使用が行われるかどうかは楽観的ではありません。」

3Dプリントされた航空機、ミサイル、ロケットのモデルが風洞試験で試験データを取得するために使用できるかどうかについては、これらの複雑なモデルは従来のプロセスで作成するのがより複雑であり、3Dプリントの方が効率的であるとYu Shuo氏は考えています。朱其超氏は、3Dプリントと風洞試験が互換性があるかどうかは、風洞試験に必要な模型の材料が基準を満たしているかどうかにかかっていると述べた。

出典：科技日報

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