米陸軍は使用済みのペットボトルをリサイクルして軍事部品を3Dプリントしている

重要な装備が故障すると、戦場や遠隔地の基地にいる兵士は交換部品が届くまで何週間も待たなければならないことがよくあります。現在、米陸軍研究所と米海兵隊の研究者らは、水のボトルや段ボールなどの廃プラスチックやその他リサイクル可能な材料を3Dプリントの原料として使用し、わずか数時間でこれらの部品を製造する方法を発見した。

△3Dプリントカーラジオブラケット。画像提供: ニコール・ザンダー/米国陸軍研究所
研究者らは昨日、アメリカ化学会（ACS）の第256回全国大会・展示会で研究成果を発表した。

「付加製造技術の潜在的な用途は、試作モデルや仮部品から最終用途の航空機部品や医療用インプラントまで、多岐にわたります」とARLの研究者であるニコール・ザンダー博士は述べています。

戦闘部隊に食糧、燃料、弾薬、修理部品を供給することは、何千人もの支援要員、請負業者、製造業者を必要とする大規模な事業です。米政府監査院によると、国防総省は合計で500万点の品目を8つの異なるサプライチェーンを通じて配布している。しかし、これらの物資のほとんどは前線に備蓄されておらず、これらの地域の部隊は時折重要な物資の不足に見舞われました。こうした施設の多くには、スペアパーツやその他の機器を製造できる 3D プリンターが設置されていますが、市販のプラスチックフィラメントなど、調達が必要な従来の原材料に依存しており、到着までに数日、数週間、あるいは数か月かかることもあります。

ザンダー氏と共著者である米海兵隊のアンソニー・モルナー大尉は、化学的な改質や添加物を一切加えずに、リサイクルされたポリエチレンテレフタレート（PET）、ボトル、プラスチックから3Dプリント用フィラメントを作成した。水やソーダのボトルに入っている PET プラスチックは、基地周辺でよく見られる廃棄物です。 PET は多くの用途で広く使用されていますが、溶融温度が高く、吸水性と結晶性の問題があるため、FDM 3D プリントの原料としては広く使用されていません。

研究者らは、固体せん断粉砕と呼ばれるプロセスを使用して、複合 PP/セルロースストランドを生成しました。この方法では、細断されたプラスチックと紙、段ボール、または木粉を二軸スクリュー押出機で粉砕して微粉末を作成し、それを溶融処理して 3D プリントフィラメントにします。

研究者らはPETプラスチックのフィラメントの機械的テストを実施し、リサイクルされたPETフィラメントは3Dプリンター用の市販のフィラメントと同等の強度と柔軟性を備えていることがわかった。テストでは、チームはリサイクルされたPETフィラメントを使用して、長年軍用品として使われてきた車両用ラジオブラケットを印刷した。このプロセスには約 10 本の水のボトルが必要で、完了するまでに約 2 時間かかります。

「機械的特性の点では、FDM で使用されるほとんどのポリマーのバルク強度は 30 ～ 100 MPa です。リサイクル PET の平均強度は 70 MPa なので、3D プリントの適切な原料になる可能性があります」と Zander 氏は説明します。

△ ARLのニコール・ザンダー博士が米海兵隊のアンソニー・モルナー大尉に機器を実演
研究チームは、ヨーグルトやチーズの容器用のポリプロピレン（PP）、プラスチック食器用のポリスチレン（PS）など、他の種類のプラスチックの3Dプリントについても調査した。これらのプラスチックは単体ではあまりうまく機能しないが、研究チームは、他のプラスチックと混ぜたり、強化剤や強化剤などの充填剤を加えたりすることで、強くて柔軟な糸を作ることができることを発見した。

研究者らによると、この研究の目的は、展開中に修理を実施することで戦闘員の能力と即応性を高め、物流サプライチェーンへの依存を減らすことだ。

ザンダー氏のチームは、兵士がプラスチックを3Dプリントの原料として再利用できるようにする移動式リサイクルトレーラーを開発している。彼女はまた、フィラメントではなくプラスチックペレットを使って印刷する方法も研究しており、これにより兵士らはより大きな 3D プリント部品や機械を迅速に製造できるようになる可能性がある。

「これらの材料を最も効果的に処理する方法と、どのような添加物がその特性を改善できるかをまだ理解する必要がある」とザンダー氏は述べた。「今後の作業では、3Dプリントされた部品を元の部品と比較してテストし、長期的または少なくとも一時的な交換品として適しているかどうかを判断する予定です。」

出典: 3ders

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