3Dプリント技術は海軍の軍事用途への参入を加速させている

近年、3Dプリント技術は急速な発展を遂げ、部品、特に複雑な構造を持つ部品の生産・製造に広く利用されるようになりました。船舶分野では、3Dプリント技術は、船舶設計段階での船体や船舶模型の印刷、航行段階でのサポート部品やスペアパーツの小ロット生産、船舶搭載型ドローンの製造などに徐々に利用され始めており、海軍における応用可能性は絶えず高まっています。外国海軍の研究ホットスポットとなり、海軍軍事用途への参入が加速しています。

1. 船体モデルの作成
3D プリント技術は、ラピッドプロトタイピング技術として使用して、テスト用のモデルを迅速に作成し、設計パラメータを検証および改善し、造船分野での新製品の開発を加速し、新しい機器の研究開発サイクルを短縮することができます。 2017年7月、米国のオークリッジ国立研究所と海軍破壊的技術研究所が協力し、米軍初の3Dプリント技術を使用して製造された潜水艦の船体を開発した。これは米海軍最大の3Dプリント物でもある。潜水艦の船体構造は炭素繊維複合材料で作られており、船体の長さは約9.14メートルで、大面積3Dプリント技術を使用して製造されています。構想から組み立てまでの全工程は4週間未満で完了し、これは将来の潜水艦の製造にとって大きな意義があります。製造時間を大幅に短縮できるだけでなく、船体も改善できます。米海軍は2019年に2隻目の3Dプリント船体を建造し、水中テストを実施する予定だ。

2017年9月、英国の科学者らは将来の新コンセプト潜水艦「ノーチラス」100の設計計画を英国海軍に提出した。この計画では、潜水艦の表面素材はアクリルと合金の混合物であり、主船体は3Dプリント技術を使用して製造され、その表面は動的に形状を変えることができます。最大潜水深度は1,000メートルで、潜水艦は20人を収容できます。

米国海軍水上戦闘センターは、ステレオリソグラフィー3Dプリント技術を使用して、USNS病院船（T-AH120）の船体モデルを作成しました。これに対して閉ループ風洞試験を実施することで、船体上部構造が気流場に与える影響を検出し、構造設計が航空機の離着陸に適しているかどうかを判断しました。従来の模型製造工程と比較すると、模型製造時間が 50 日から 25 日に短縮され、コストが削減され、寸法精度が向上します。

2. 部品や工具の製造
3D プリント技術は、複雑な部品の迅速な製造のニーズを満たすことができます。バージニア級潜水艦とコロンビア級潜水艦の建造コストを削減するため、2015年10月、米海軍金属加工センターが主導し、HYシリーズの鋼製複合部品の鋳造に必要な砂型と中子の製造に3Dプリント技術を活用する研究を開始し、従来の複合部品の溶接組立工程を一体鋳造に変更した。当初の見積もりでは、バージニア級潜水艦 1 隻あたりのコストは 271,000 ドル、コロンビア級潜水艦 1 隻あたりのコストは 110 万ドル削減できるとされています。5 年以内に、2 つのプラットフォームの合計コストは 410 万ドル削減されることになります。さらに、この技術は他の兵器システムにも使用できます。

2016年3月、ロッキード・マーティンは、米海軍初の3Dプリントミサイル部品（長さ2.5cmのアルミニウムコネクタベース）が、ケーブルコネクタを保護するためにトライデントII D-5ミサイルに使用されたと発表しました。従来の加工方法と比較して、新しいアルミニウム合金コネクタベースシェル部品の設計と印刷時間は半分に短縮されます。

2016年8月、米海軍はオスプレイ輸送機の主要部品の試験を完了した。このチタン合金部品は、MV-22Bオスプレイティルトローター機のエンジンコネクティングロッドとジョイントアセンブリであり、3Dプリント技術を使用して製造されています。将来、米海軍は3Dプリント技術を使用して、あらゆるMV-22の関連部品を交換することを計画しており、これは航空機のメンテナンスと戦闘展開に重要な影響を与えるでしょう。

2017年5月、米国ノーフォーク海軍造船所は、3Dプリント技術を使用して製造され、さまざまな船舶部品に使用できるタイロッドボルトの回転防止ツールを設計しました。ドローバーボルトの回転防止ツールは耐久性のあるポリカーボネートで作られており、印刷には約 30 ドルかかり、1 回の印刷で 8 つのツールが作成されます。タイロッドボルトは、船舶や潜水艦のフレームや構造部品を固定するためによく使用されます。使用結果から、タイロッドボルト回転防止ツールは非常に効果的であり、コストを節約できるだけでなく、作業品質も向上することが分かりました。

米海兵隊は2017年8月、X-FABと呼ばれる移動式3Dプリンター装置を使ってスペアパーツを製造し、海外部隊の移動式機械工場に追加して、海外での軍事部品の保守・修理に役立てると発表した。 3DプリンターX-FABは、独立して運搬可能な立体造形装置です。組み立て後の重量は約4,763kgで、平ボディトラックで運搬可能です。複雑な環境では船舶のドッキングが容易ではないため、この 3D プリンターで製造された軍事部品は、海兵隊が部隊の総負荷と物流リンクを軽減し、損傷した機器や施設を迅速に修復し、より優れたソリューションを提供するのに役立ちます。

3. オンデマンドの船舶搭載型ドローンの製造 艦載型無人機は、危険度の高い地域に侵入し、通信や航行支援、攻撃を行う能力があるため、海軍艦隊の情報収集、監視、偵察、スキャン、測位、攻撃能力を大幅に向上させることができます。そのため、艦載型無人機の開発は各国の海軍からますます重視されており、3Dプリント技術は艦載型無人機の製造に積極的に応用されています。

マイクロ 3D プリントドローン - SULSA。 SULSAドローンは、英国海軍のプロテクター艦上のエンジニアにリアルタイムのデータを提供して艦の航行を支援し、ドローンが継続的な監視および偵察任務を遂行するための長距離偵察ツールとして使用できることを実証しました。 2017 年 4 月、米国海軍研究所は初めて近距離隠蔽自律型使い捨て航空機 (CICADA) を実演しました。監視ドローンであり、大型航空機に搭載され、昆虫の群れに似たパターンで放出される。各監視ドローンは小型のセンサーペイロードを搭載し、カスタムの自動操縦システムを備えています。ドローンの胴体は3Dプリントで作られており、これにより生産時間が短縮され、必要な組み立て作業の量が削減される。将来的には、ドローンの製造と組み立てはすべてロボットによって行われ、低コストで効率的な配備が実現される予定です。現在、CICADA 1 台あたりの価格はおよそ 250 ドルです。

2017年9月、米国の第7海兵連隊は、3Dプリントされた小型クアッドロータードローン「ニブラー」25機の最初のバッチを配備し、48人の兵士がプログラミング、3Dプリンターの使用、ドローンの組み立てに関するスキルトレーニングを受けました。ニブラーは海兵隊が所有する独自の知的財産権を持つ小型クアッドロータードローンです。飛行時間は20～25分で、カメラなどのペイロードを搭載できます。また、任務要件に応じて他のコンポーネントを搭載することもできます。1台の価格は約2,000ドルです。海兵隊の2016年版作戦構想では、海兵隊はすべての戦闘チームが監視などの任務を遂行できる小型ドローンを保有することを望んでおり、3Dプリント技術を戦術的応用レベルまで向上させることは、海兵隊の「戦闘力構築の推進」という使命の一部となっている。

IV. 黙示録
1. 3Dプリント技術は、海軍装備の保守とサポートのための重要な補助手段となるでしょう。長距離航海中、スペアパーツが不足すると、損傷した部品を短期間で迅速かつ便利に交換・修理することが困難になり、船舶の安全な航行や戦闘任務の効果的な遂行に影響を及ぼす可能性があります。 3Dプリント設備の利便性と材料の携帯性により、3Dプリント技術を使用して対応するスペアパーツを迅速に印刷できます。一方では、損傷した船舶設備の故障を解決できます。他方では、船舶に3Dプリント技術を適用することで、船舶スペアパーツの種類と数量をさらに削減することもできます。将来の戦争状況では、装備のメンテナンスとサポート能力に対する要求がさらに高まります。3D プリント技術は、迅速なメンテナンス能力を大幅に強化し、海軍装備のメンテナンスとサポートの重要な補助手段となるでしょう。

（II）3Dプリントドローンは船舶の戦闘能力を大幅に向上させる<br /> 現在、多くの国の海軍は艦船に3Dプリンターを配備し、3Dプリントドローン技術の開発を積極的に推進しています。将来的には、船舶は港を出航する際にドローン用の一般的な電子部品を少量だけ搭載すればよく、ドローン本体は完全にカスタマイズ可能で、船員や陸上の研究機関が設計・印刷し、これらの船舶の3Dプリンターに送って迅速に製造することができるようになる。 3Dプリントは「設計は生産」という特性を生かし、金型や工具の制約を取り払い、ドローンを迅速に大量生産できる。ドローンは異なる任務に応じて個別に設計され、監視、偵察、攻撃などの任務を遂行できる。破壊された後も迅速に補給できるため、将来、海軍艦艇の戦闘能力を向上させる上で大きな意義を持つ。

出典: 世界防衛科学技術年次開発報告書

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