【分析】設備メンテナンスにおける積層造形技術の応用

付加製造技術は、19 世紀後半に米国で誕生しました。1980 年代後半には成熟し、広く使用されるようになりました。近年、積層造形技術は急速に発展しており、民生・軍事製造分野における重要な応用可能性から、世界各国から高く評価されています。一般装備のメンテナンスとサポートにおける積層造形技術の応用実証と実験検証研究を実施することは、我が国の軍隊の一般装備のメンテナンスとサポートの発展にとって非常に重要な意義を持っています。

1 付加製造：製造業の革命 図に示すように、付加製造技術は急成長しており、航空宇宙 (NASA)、国防総省、エネルギー省から日常的な製品に至るまでの幅広い市場にアプリケーションとサービスが提供されています。

積層造形製品およびサービスの売上は年々増加するでしょう。下記の通りです。

エコノミスト誌は2011年に「現在、プロトタイプ以外の最終製品の20%を3Dプリンティングが占めている。2020年までに50%に達する可能性がある」と予測した。

2 積層造形の現状 積層造形の現在の市場分布を下図に示します。現状から判断すると、国防部システムの占める割合はそれほど大きくなく、大きな発展のチャンスと幅広い市場展望がある。

積層造形製品およびサービスの世界市場は、今後数年間で数倍に成長すると予測されています（生産額は百万米ドル単位）。

ラピッドプロトタイピングは 1980 年代から存在しています。元の特許が期限切れになりつつあり、急速な革新、新しい競合企業、価格の低下が起こっています。世界的な競争は激しく、チャンスは広がっています。米国は積層造形をリードして開発しており、積層造形技術開発における部品と機器の流通を支配していますが、既存の機器メーカーや材料サプライヤーの多くは米国に拠点を置いていません。他の国 (中国、シンガポール、英国) では、政府/公的資金による積層造形への協調的で多額の投資が行われています。米国は、技術開発をリードし続け、市場での優位性を獲得できると確信していますが、米国の製造業やその他の投資におけるリーダーシップと調整の取り組みが必要です。

3付加製造（AM）/3Dプリンティング技術 積層造形の定義 (ASTM 2792-12): 「材料を減らす従来の機械加工とは対照的に、通常は材料の層を追加することによって、3D モデルデータからオブジェクトを作成するプロセス。」 ASTM は、それぞれ独自のアプローチを持つ 7 つの異なるタイプの積層造形を定義しています。次の図に 2 つの方法を示します。左の写真は「ステレオリソグラフィー」（ステレオリソグラフィーとも呼ばれます）です。

右の写真は熱溶解積層法（FDM）の模式図です。図中、1は溶融プラスチック（プラスチック本体）を噴出するノズル、2は堆積した材料、3は制御可能な可動プラットフォームを表しています。

3D プリントはどのように機能しますか?次の図をご覧ください

ASTM では、次の表に示すように 7 つの付加製造プロセスを定義しています。

次の図に示すように、積層造形には多くの例があります。

4 付加製造の課題と普遍的な導入の制約 積層造形に関する研究と応用にはさまざまな問題と課題があり、特に広範な推進と応用はさまざまな要因によって制限されています。これらの問題と制約、およびその影響を研究することは、技術開発に有益です。

5. アメリカ製 - 全米積層造形イノベーション協会
Make in America - National Additive Manufacturing Innovation Council とは何ですか?
このコンソーシアムは、防衛関連の製造科学技術 (S&T) コミュニティが主導する、産業界、政府、大学間の複数機関のコラボレーションです。協会の活動は官民パートナーシップを反映しています。メンバーは軍隊、NASA、国立科学財団 (NSF)、大学から来ています。協会の使命または目的は次のとおりです。
企業や中小企業を中心に、業界と設備や施設を共有し、技術移転と商業化を促進し、技術成熟度レベル（TRL）/製造成熟度レベル（MRL）を4～7で決定します。
教育の拡大と人材育成
政府によるスタートアップ保証投資 5,000 万ドルと、Additive Manufacturing Association に授与されたパートナーシップ契約 3,000 万ドルは、その後の製造業イノベーション協会のモデルとなります。 なぜ「Made in the USA」なのか?
「Made in America」は、リソースの共有とリスクの共有という協力のメカニズムを生み出します。共同開発者トレーニング、評価、ケーススタディ。具体的な業務としては、材料仕様、プロセス仕様、材料データベース、設計ガイドライン、アプリケーションガイドラインなどの共同開発が含まれます。投資プロジェクトには、公共投資プロジェクトと民間投資プロジェクトが詰め込まれています。協会は、特別セミナー、ワーキンググループ、プロジェクトなどの形式を利用して、関連する問題を共同で研究し解決します。基礎知識、オンラインコラボレーションツール、データベース、仕様、アプリケーションガイド、フルコースなど、協会を通じてコミュニティの知識を広げます。

政府の構造 - 共有リーダーシップ 「メイド・イン・アメリカ」については、政府は共同指導を実施するために、執行委員会、管理委員会、技術諮問委員会を含む強力な組織的指導機関を設立しました。「Made in America」には、ディレクター、エグゼクティブディレクター、副ディレクターなどの役職があります。

6 国防総省における積層造形の将来ビジョン
積層造形用に設計し、サブシステム内または企業全体で複数の材料を使用して新しい部品を迅速に製造することで、新しい軽量設計を可能にし、燃料コストを削減します。設計者が新規および既存のシステムで使用できるように、積層造形の材料とプロセスを認定および検証します。積層造形を使用して、廃止された部品の同等の代替品を製造します。積層造形を「ロジスティクス重視」に使用して、適切な部品を適切な場所に適切なタイミングで提供します。米国の産業基盤を強化し、米国経済の製造部門を発展させ、社会、技術、経済、軍事教育をサポートします。

出典：Pusaisiによる翻訳

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