米陸軍はWAAM 3Dプリント技術を使用して、長さ12フィートの船舶係留部品を製造

2024年4月9日、アンタークティック・ベアは、米国陸軍工兵隊（USACE）がリンカーン・エレクトリックと協力し、金属3Dプリント技術を使用して長さ12フィートの船舶着艦システム部品を製造したことを知りました。これは、金属 3D プリント技術を軍事分野に応用したものであり、船舶の安全性と軍事施設に新たなソリューションを提供します。

△金属3Dプリント技術図
3Dプリント技術を使用したレバーアームの迅速な製造

この部品は、米国のスー・ロックス施設にある2つの閘門のうちの1つに設置されており、3Dプリント技術を使用して製造された米国最大の土木インフラ部品と言われています。スー閘門は、米国陸軍工兵隊が管理・維持する一連の平行閘門で、船舶がスペリオル湖と五大湖下流の間を航行できるようにします。この閘門は、米国における鉄鉱石の主要な中継地点と考えられています。

△スーロックス
蘇水閘門の定期メンテナンス中に、60年間使用されてきた船舶拘束システム（船の不規則な動きや衝突から閘門を保護する）のレバーアームに亀裂が発見された。亀裂は2023年2月に、2023年シーズンにロックシステムを再び稼働できるようにするための臨時修理が行われていたときに発見された。しかし、スエズ運河閘門の今年の 10 週間の冬季メンテナンスサイクル中に、米国陸軍工兵隊は、将来の長期的な使用を保証するために、この重要な安全コンポーネントを交換する必要がありました。

米国陸軍工兵隊は、付加製造が最善の選択肢であると判断し、レバーアームの契約をリンカーン・エレクトリック社に発注しました。米国陸軍工兵隊デトロイト地区のエンジニアがレバーアームを設計し、その後リンカーン・エレクトリックと協力して、歪みを減らし、望ましい表面仕上げと材料特性を実現し、適切な品質管理を確保するための最適な印刷戦略を決定しました。

△12フィートの長さの3Dプリント金属部品が蘇水門のブレーキシステムに設置されています。厳しい期限に直面し、プロジェクトの複雑さを認識した彼らは、ワイヤアーク積層造形法（WAAM）を利用して新しいレバーアームを迅速に製造することを決定しました。高強度の低合金鋼が使用され、部品は 2 つの部品に分割されて迅速に製造されました。1 つの部品の重量は約 4,000 ポンド、もう 1 つの部品の重量は 2,000 ポンドでした。その後、2つの部品はデトロイトにあるリンカーン・エレクトリックのベイカー・インダストリーズ工場で溶接され、フルトン・スチール社で機械加工され、コーティング・アンリミテッド社でコーティングされた。さらに、新しいレバーアームは、以前のコンポーネントよりも約 20 ～ 30% 高い強度特性を示し、パフォーマンスと耐用年数の向上を保証します。従来の技術では推定 18 か月かかるところ、この部品はわずか 12 週間で組み立てられました。スエズ運河の閘門は2024年3月22日に再開されました。

「私たちは、戦略的な水資源とインフラを運用、維持、保護することで、国家の安全と経済の活力を確保しています。インフラが老朽化し続ける中、これは課題です。これらの課題は、私たちのプログラムを革新的で新しい方法で実行し、効率性を高める機会です」と、米国陸軍工兵隊デトロイト地区司令官のブレット・ボイル中佐は述べています。「スー・ロックス・プロジェクトは、米国陸軍工兵研究開発センター (ERDC) と協力する機会を与えてくれました。既存の 3D 印刷技術を活用して、一貫した品質と大幅に短縮されたリードタイムを備えたソリューションを提供しました。」

△ ワイヤアーク積層造形（WAAM）技術図
3Dプリンティングは製造業の進歩に変革をもたらす可能性を秘めている

米国陸軍工兵隊は、大型で古い部品を交換する必要性にますます直面しています。その結果、ERDC は、米国陸軍と国防総省がこの技術を活用してインフラのコンポーネントと構造を近代化する方法に関して、広範な研究を開始しました。この目的のため、同組織はアメリカの多国籍電力管理企業イートンと協力して積層造形研究に取り組んでいます。この研究により、スーロックレバーアームプロジェクトが生まれ、交換部品の納期を短縮するために設計されたデジタル化された USACE 部品ライブラリが開発されました。その後の研究では、ステンレス鋼の生産、マルチマテリアル機能、設計の最適化にも焦点を当てます。

「研究者や業界パートナーは、現場の問題解決に私たちと同じくらい熱心であることが分かりました」と、米国陸軍工兵隊資産管理部門の責任者、ピーター・ドッジオン氏は語ります。「土木工学部門の現場スタッフは、製造上の問題がどこにあるのかを知っていました。私たちがすべきことは、研究者と現場スタッフを結びつけることだけで、現実的な解決策が生まれ始めました。」

イートンの政府プログラム担当ディレクター、ブライアン・ファレンズ氏は次のように付け加えた。「この技術は国家インフラを強化するだけでなく、コラボレーションの力によって製造業の未来を形作り、重要なインフラのセキュリティと効率性を高めることができることを強調するものです。」

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