軍事用 3D プリンティング: より広い「ブルーオーシャン」に参入できるか?

出典：中国軍事ネットワーク

最近、英国の防衛企業が世界初の3Dプリントドローン防衛システムを発表しました。このシステムは軽量かつ耐久性に優れており、高出力の電磁信号を生成してドローンの制御およびコマンドリンクを妨害および混乱させ、敵のドローンを破壊することができます。システム全体の大部分は3Dプリント技術で製造されており、戦闘現場で印刷できると報告されている。

3D 印刷技術は、積層造形とも呼ばれ、デジタルモデルファイルに基づいて層ごとに印刷することでオブジェクトを構築する技術です。建築、自動車、航空宇宙、医療などの分野で広く使用されており、21 世紀で最も破壊的な技術の 1 つと考えられています。

△ 3Dプリント工程のレンダリング。地図: 謝安

近年、3Dプリント技術は兵器装備の設計、製造、保守、サポートなどの軍事分野でますます活用されるようになっています。同時に、軍事用途における 3D プリント技術の限界と欠点も無視できません。軍事用3Dプリンティングが将来、軍事装備開発の新たな「ブルーオーシャン」となるかどうかは、そのボトルネックのさらなる突破とその潜在力のさらなる探求にかかっています。

「石を金に変え、砂を集めて塔を作る」という夢が現実になった

私たちの多くは、子どもの頃、砂を積み上げてそれを戦車や飛行機の形にするという遊びをしました。

今日、現代科学はこの魔法を可能にしました。唯一の違いは、砂をこねる手が人間の手ではなく機械であるということです。この技術は将来あらゆるものを印刷できるようになると言われている3Dプリント技術です。

3Dプリントのアイデアは、写真彫刻や地形形成技術とともに、19世紀後半に生まれました。

現代的な意味での 3D プリント技術は 1980 年代に誕生しました。 1986年、アメリカ人のチャック・ハルが開発した3Dプリント技術が特許を取得し、ステレオリソグラフィーと名付けられ、その後、最初の商用3Dプリンターが開発されました。

3D プリント技術は、正式に特許を取得してから約 40 年が経過しました。全体的に、3Dプリント技術は急速な発展期に入っており、一部の分野ではすでに比較的高いレベルの技術が達成されています。

近年、兵器装備の設計、製造、保守、サポートにおける3Dプリント技術の応用展望に基づき、多くの国が兵器装備の開発で優位に立つために軍事用3Dプリントに目を向けています。

2012年8月、世界初の3Dプリント銃が登場しました。従来の製造方法と比較すると、3Dプリント技術で作られた銃器の部品はより繊細で、ガス穴も少なくなります。

2014年1月、3Dプリントされた金属部品を搭載したイギリス空軍のトルネード戦闘機が試験飛行に成功しました。

2015年3月、ロシアのモスクワ無線技術研究所は、3Dプリント技術を利用して水陸両用攻撃ドローン「ティール」を開発した。 3Dプリント技術をベースに、スタッフはわずか2か月半でコンセプトからプロトタイプへの飛躍を達成し、生産時間を大幅に短縮し、製造コストを削減したと報告されています。

「3Dプリンティング：先進的な製造技術がサプライチェーン改革を推進」と題する米国の報告書は、3Dプリンティング技術が軍事、商業、民間の分野で急速な普及段階に入ったと指摘した。

統計によると、世界の主要13カ国の3Dプリント技術の全ユーザーのうち、軍事関連の事業量は年平均1.2％の割合で成長している。これは、各国が軍事用3Dプリント技術にどれほど熱心であるかを示すのに十分です。

この熱意は、精度や速度といった 3D プリント技術の利点から生まれています。英国の3Dプリントドローン防衛システム研究開発チームの責任者は、3Dプリント技術を使用することで、従来の金型ベースの製造方法では達成できなかった設計基準を簡単に実装できたと語ったと報じられている。これは軍事製造の生産モデルに反映されています。便利なオンデマンド生産に加えて、3D プリント技術により、高度にカスタマイズされた特殊な機器の作成も可能になります。例えば、兵士はカスタマイズされたヘルメット、防弾チョッキ、その他の防護装備を持つことができ、戦場で負傷した兵士のために義肢や関節を素早く印刷し、いつでもどこでも兵舎や要塞を建設することができます。

「石を金に変え、砂を積み上げて塔を建てる」というのは人類の永遠の夢であり、3Dプリント技術は、この夢を物理的な意味で少しずつ実現させています。

未来の戦場に直面すると、適応力とリスクが共存する

従来の技術と比較して、3D プリント技術には 1 つの大きな利点があります。それは、機械加工や金型を使わずにコンピューターグラフィックスデータから直接、あらゆる形状の部品を生成できるため、生産サイクルが大幅に短縮されることです。たとえば、3D プリント技術を使用すると、1 人の人間とコンピューター、プリンターで「工場」を形成できるため、生産速度が大幅に向上し、時間コストが削減されます。

さらに、3Dプリント技術により、武器や装備のコストを大幅に削減できます。伝統的な武器や装備品の製造では、原材料は切断、研磨、腐食などの処理を経て最終的に部品を形成し、その後組み立てられ、溶接されて製品になります。この工程では原材料の一部が廃棄されます。 3Dプリント技術により、製造工程でコンピューターグラフィックスデータに基づいて高精度の武器、装備、アクセサリーを直接印刷することができます。同時に、材料はオンデマンドで入手でき、生産プロセス全体で原材料の無駄はほとんどありません。米企業が製造する「パトリオット」防空システムギアアセンブリの製造コストが、3Dプリント技術を活用することで、当初の2万～4万ドルから1250ドルにまで下がり、大幅にコストが削減されたと報じられている。

3Dプリント技術は、スピード、精度、無駄の少なさなどの利点により、戦場への適応性に優れています。近年、技術の成熟度と性能の向上に伴い、軍事分野における3Dプリント技術の応用は拡大し続けており、兵器装備の設計、製造、メンテナンスの分野でも登場し始めています。

設計: NASA は、新世代の大型打ち上げロケットのコアコンポーネントを設計する際に、大型の 3D プリンターを使用して金型を形成し、設計されたコンポーネントを製造します。この 3D プリンターは、選択的レーザー溶融技術を使用して、レーザーで金属粉末を加熱して成形します。CNC 工作機械による製造と比較して、製造時間を短縮できるだけでなく、製造精度を向上させ、製造コストを削減し、一度に複数の目標を達成できます。

製造面では、3Dプリント技術を使用して、フランスの企業が2021年にプロペラを印刷しました。 5枚の200kgブレードで構成されたプロペラは、その後、機雷掃海艇に取り付けられました。このプロジェクトで 3D プリントされた再設計された部品は、納期を大幅に短縮するだけでなく、エネルギーと推力の効率を向上させ、ステルス操作中の部品の音響特性も改善することができます。

メンテナンス - 現在、3D プリント技術はメンテナンス分野でますます重要な役割を果たしています。例えば、航空機エンジンのメンテナンスの応用では、多くの国が3Dプリント技術を使用してメンテナンスに必要な部品を製造しており、部品不足や調達難の問題を解決し、製造コストを節約し、メンテナンスサイクルを短縮しています。

3D プリント技術は戦場への適応性が強いものの、実際の応用において存在する問題を無視することはできません。

まず、原材料の問題です。現時点では、3D プリントに使用できる材料の種類は多くありません。このように急速に発展している 3D プリンティング市場に直面して、より適切な印刷材料をどのように開発するかが主な課題となっています。同時に、一部の専門家は、現在の3Dプリンターは比較的かさばり、さまざまな原材料の重量と相まって、実際には戦闘部隊の機動性を低下させるのではないかと疑問を呈している。

2番目は、ネットワークセキュリティの問題です。 3D プリンターもコンピューターであるため、理論上はハッカーはコンピューターと同様に 3D プリンターに対しても同じ操作を行うことができます。 3D プリンターがハッキングされたりウイルスに感染したりした場合、ハッカーは印刷されたアイテムに欠陥を追加するようにプログラムすることができます。これらの欠陥が戦場で発生した場合、その破壊力の大きさは明らかです。

人工知能と新素材技術のサポートが必要

今年3月23日、世界初の3Dプリントロケットが点火され打ち上げられた。軌道投入には失敗したものの、3Dプリント技術が革新的な製造方法として、航空宇宙、軍事などの分野で大きな応用可能性を秘めていることを示した。

将来の兵器や装備の研究開発と生産のニーズ、そして現代の戦争のニーズに応じて、3Dプリンティングは人工知能と新材料技術のサポートにより、低コスト、高性能、インテリジェントの方向に発展することが予測されます。

——3D プリントシステムはよりコンパクトで持ち運びが容易になります。

戦場での迅速かつ正確な支援の要求に適応し、武器や装備の研究開発や損傷部品の修理の対応速度を向上させるために、将来的には3Dプリントシステムは操作がより簡単になり、持ち運びもより便利になるでしょう。

——3Dプリント技術の材料はますます多様化し、全体的な供給能力は向上し続けるでしょう。

3Dプリント技術の急速な発展と印刷材料の需要の増加に伴い、研究者は将来、より多くの種類の印刷材料を開発し、現場の戦場での迅速かつ正確なサポートの要件にさらに重点を置き、従来の製造技術との組み合わせに注意を払い、連続印刷、大規模印刷、マルチマテリアル印刷などの新しいプロセス方法を模索して、3Dプリント技術の速度、効率、精度を継続的に向上させます。

——3D プリント技術はよりインテリジェントになり、適応、自己組み立て、さらには自己修復の能力も備えます。

人工知能技術の助けを借りて印刷された武器や装備の部品は、常に変化する戦場の状況に応じて構造と機能を変更できるため、環境適応性が向上し、パフォーマンスが最適化され、コストが削減されます。「トランスフォーマー」に似たインテリジェントな変形可能な戦車、大砲、航空機が、近い将来、戦場に登場するかもしれません。

こんな光景を想像するのは難しくない。

将来の情報化された戦場では、損傷した武器を修理するという、本来は困難だった作業が容易になります。技術サポート担当者は、いつでも持ち歩いている 3D プリンターを起動し、必要な部品を 1 つずつ直接「印刷」し、素早く組み立てて、武器を戦場に戻すことができます。

この「クローン」兵器の「移動兵器庫」があれば、戦時中に個々の兵士の消費量を迅速に補充できるだけでなく、新兵器の設計・開発サイクルも短縮され、武器や装備の性能や生産効率も向上できるのです...

3Dプリント技術が武器部品、特にハイエンド武器部品の製造に新たな成形プロセスをもたらし、将来の戦争や国防力の強化に重要な役割を果たすことは間違いありません。現在、多くの国の軍隊は 3D プリント技術の開発を促進する計画を立てています。

急速に成長している新技術として、3Dプリンティングが将来の軍事装備開発の新たな「ブルーオーシャン」となり得るかどうか、注目していきたい。

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