防衛における積層造形：15の応用例を探る

積層造形技術は長い間、その強力な能力が認められており、海事、航空宇宙、自動車など多くの分野で広く利用されてきた。

特筆すべきは、世界中の防衛省での採用が進んでいることだ。実際、2027年までに軍事用3Dプリンティング産業は$17億ドル規模になると予測されている。

軍の高速化、軽量化、低コスト化の要求を考えれば、これらの機能を実現するために積層造形技術を選択することが最も適切な選択であることは間違いない。

本稿では、3Dプリンティング技術が各国の防衛分野で活用されている事例を紹介する。これらの実例から、防衛におけるこの技術の重要性をさらに理解することができる。

1.長さ9メートルの金属3Dプリンター

米軍は積層造形の利点を十分に確信している。2021年、彼らは世界最大の金属3Dプリンターを建設する計画を発表した。DEVCOM陸軍地上車両システムセンターは、アストロ・アメリカ、インガソール・マシン・ツールズ、シーメンス、ロックアイランド工廠のMELD製造共同体の協力を得て、この巨大プリンターを建設する。このプリンターはシームレス・ハル・プロジェクトの一部となり、戦闘車両の統合ハルを印刷することを最終目標としている。

プロジェクトの完成には約14ヶ月かかると言われている。完成すれば、このプリンターは長さ30フィート、幅20フィート、高さ12フィート（約9メートル×6メートル×3.6メートル）の金属部品を印刷できるようになる。

2. 3Dプリント・ランウェイ

ITAMCO（インディアナ・テクノロジー・アンド・マニュファクチャリング・カンパニーズ）は、アディティブ・マニュファクチャリングを利用して、軍の遠征飛行場用の滑走路を開発している。これらの滑走路マットは、遠征飛行場（EAF）の極めて重要な構成要素である。

その目的は、軍用機が着陸・離陸できるようにするため、弱い土地で実行に移すことである。以前はアルミ板で作られた可搬型滑走路が使われていたが、これが時代遅れになったため、軍は革新的な解決策を見つける必要があった。

ドイツEOS社の3DプリンターM290は、米空軍の軍用装備品により軽量で耐久性のあるモデルを製造するために採用された。

3. ExOneと軍用キャニスター

堅牢な3Dプリント工場用キャニスターの開発を促進するため、ExOneは複数のパートナーとの協力の下、この試みに取り組んでいる。具体的には、国防兵站局（DLA）と$160万ドルの契約を結んでいる。

このプロセスを通じて、ExOneのバインダージェット技術は、そのスピード、材料の柔軟性、操作の容易さで有名であり、軍事目的に採用され、軍の重要なニーズに効果的に対応している。

この3Dプリンターは、軍用に特別に設計されたもので、接着剤を噴射し、20％以上の量を吐出することができると言われている。 金属の種類セラミック、その他の粉末材料を含む。さらに、そのユニークなケーシングやその他の特徴は、軍事用製品に非常に適していると言われています。

4. 米海軍の3Dプリントツール

米海軍もアディティブ・マニュファクチャリングの力を活用している。海兵隊は、新しい車両整備ツールの開発に3Dプリンティングの可能性を見出している。

海兵隊システム司令部は、サプライキャンプや業界のパートナーとの協力により、3Dプリント技術による積層造形クランプを製造した。このクランプは、海軍車両のメンテナンスでよくある問題である、金属からステアリングホイールを取り外すために設計されている。

アディティブ・マニュファクチャリングは、メンテナンスや工具の準備時間を短縮するのに役立ち、そのような部品の実際の待ち時間を約25日に短縮することに成功した。

5. 米陸軍と南フロリダ大学が軽量マグネシウム合金を開発

3Dプリント技術の分野では、米軍は関連企業だけでなく、さまざまな大学とも定期的に協力している。最近では、南フロリダ大学の科学者たちが、3Dプリンターによる マグネシウム合金 通称WE43。

この素材の開発は偶然の産物ではなく、むしろ軍事的なニーズによって推進された。米軍兵士は非常に重い荷物や装備を背負うことが多いため、その負担を軽減するための研究が最も重要なのだ。

しかし、WE43と粉末床溶融法の助けを借りて、米陸軍と南フロリダ大学は解決策を発見したかもしれない。

6. 3Dプリンターによる船舶用プロペラ

近年、フランスの有名企業Naval Groupは、さまざまなニーズを満たすために3Dプリンティング技術を採用している。2021年1月現在、ワイヤーアーク積層造形（WAAM）プロセスのおかげで、Naval Groupはプロペラの3Dプリントに成功している。

1枚200kgのブレード5枚で構成されたこのプロペラは、掃海艇ペルセウス号に搭載された。このプロジェクトのチームは、3Dプリンティング技術を使用することで、建設時間を大幅に短縮し、材料の使用量を最小限に抑えたことを明らかにした。

7. スペイン空軍が3Dプリンティングでプロセスをアップグレード

アディティブ・マニュファクチャリングは、高硬度、高強度、その他の優れた特性を実現する部品を支援することができます。内部繊維強化により、研究者は、部品に大きなストレスがかかる状況で要求される厳しい性能条件に、誤差なく耐えることができるさまざまなツールやエンドパーツを開発しました。

マドリードでは、スペイン空軍のヘリコプター工房の責任者が、伝統的な製造方法を避け、アディティブ・マニュファクチャリングで各部品を製造しようとしていると述べた。これらの部品には、ヘリコプターの着陸装置のリークコントロール測定ツールや、ヘリコプターのメインローターのカスタムキーなどが含まれる。

8. ラティス将軍と米陸軍のヘルメットデザイン

3D設計ソフトウェア会社のGeneral Lattice社は、3Dプリントと高度な格子形状によって戦闘用ヘルメットの衝撃吸収能力を強化する契約を米陸軍と結んだ。このプロジェクトのために、同社はヘルメットの素材を設計・生成するための一連の予測モデリング・ツールを考案した。

戦場での兵士の保護を強化し、頭部衝撃後の兵士の生存可能性を高めるため、3Dプリントされた材料は、コマンド・ソルジャー・センターが設定した性能要件を検証するために、実環境でテストされる。

9. 戦闘装甲車におけるスペアパーツ

オーストラリア陸軍は、SPEE3Dが開発したコールドスプレー3Dプリンティングソリューションを使用して、装甲車の1台のために数十のスペアパーツを設計しました。これらの部品は複数の実地使用テストと認証に合格しており、オーストラリア陸軍の敏捷性を高めています。

例えば、印刷された部品には、わずか29分で製造されたホイールカバーが含まれ、総費用は100オーストラリア・ドルである。アディティブ・マニュファクチャリング技術を導入することで、軍は装甲車のダウンタイムを短縮し、緊急事態により効果的に対処することができる。

10. 米海軍と積層造形

米海軍は数年前から、数多くの積層造形プロジェクトを進めている。その目的は、外洋で任務を遂行するチームの敏捷性と効率性を、特にスペアパーツの製造の面で高めることである。海軍大学院（NPS）がゼロックスの金属加工機ElemXに投資したのはこのためだ。

潜水艦や船舶の予備部品や工具の設計にこの装置を使用することで、ゼロックスはサプライチェーンを短縮し、カスタマイズされた部品を製造することができる。しかし、海事分野で3Dプリンティングの取り組みを開始する組織はNPSだけではない。

実際、マターハッカーズは米海軍と5年契約を結び、必要な3D機器をすべて供給し、トレーニングコースやメンテナンスも提供している。

11. 未来エネルギー・プロジェクト

英国のフューチャー・エナジー・プロジェクトは、研究、爆発物試験、新エネルギー製造、爆発物モデリング、化学合成、熱特性評価、危険性試験などに取り組んでいる。

このプロジェクトは、新しいエネルギッシュな材料と、これらの新しい材料を検証するための診断方法を生み出すことを目的としている。積層造形は、新しい爆薬の配合を開発するために採用され、貯蔵・輸送コストの削減や性能の向上など、潜在的なユーザーに多くの利点を提供する。

コストは要求に応じて正確に調整することができ、革新的で複雑なデザインで製造することができる。製造工程では、物理的なブレードの代わりに音響エネルギーを使って材料を混合するLabRAM共振音響ミキサーを利用し、より安全なプロセスを実現している。

12. アストロ・アメリカ、3Dプリント装甲車外板を開発

アストロ・アメリカとして知られる応用科学技術研究機関は、シームレス外皮プロジェクトに米陸軍から選ばれた。

米国防総省の恩恵を受けているManufacturing Innovation Institutesの支援を受けているこの計画は、3Dプリンティングを使って装甲車の外板を開発・提供する取り組みの一環である。

製造時間を短縮し、製造コストを下げると同時に、車両の重量を軽くし、性能と生存性を高めることを目的としている。

13. 3Dプリンターで作られた軍用バラック

軍事プロジェクトへの関与で有名な3D建設会社であるアイコンは、テキサス陸軍省、ローガン・アーキテクチャー、フォート・ストラクチャーズと協力し、北米最大の3Dプリント構造物を製作した。

テキサス州バストロップにあるスウィフテ・キャンプ・トレーニング・センターにあるトレーニング・キャンプは、アイコンのバルカン建設システム（タブレットで操作するロボット・プリンターで、セメントベースの材料を使用できる）を使って建設された。

同社と軍とのこのパートナーシップの成功により、兵士が居住するための初の3Dプリント軍用兵舎が誕生した。最終的な構造は3,800平方フィートの建物で構成され、最大72人の兵士やパイロットを収容することができ、次の任務に備えることができる。

14. 潜水艦船体の3Dプリンティング

国防総省は長年にわたり、陸、空、海のさまざまな領域で3Dプリントを応用する方法を見出してきた。実際、米軍の最新プロジェクトの1つは、3Dプリンティングの比較的未知の領域である水中に踏み込んでいる。

2017年の先駆的な試みで、オークリッジ国立研究所（ORNL）は米海軍の破壊的技術研究所（Disruptive Technology Lab）と協力し、軍事史上初の3Dプリント潜水艦の船体を実現した。

ORNLの溶融堆積モデリング大面積積層造形（FDM BAAM）技術を活用し、チームは6つの炭素繊維複合材セクションで構成される30フィートのコンセプト船体を製作し、従来の製造方法と比較して、より迅速な製造と低コスト化を実証した。

まだテスト中ではあるが、3Dプリンターで作られた潜水艦が海に潜るのを目撃する日も近いことを示唆している。

15. メイン大学、米海兵隊の後方支援船を開発

今年3月、メイン大学（UMaine）はオロノにある先進構造・複合材料センターで2隻の大型船を3Dプリントした。

これらの試作船は米海兵隊のために開発されたもので、後方支援船として設計され、現役での軍事使用を想定したテストが行われる。2隻のうち大きいほうは20フィートの輸送用コンテナ2個を収容でき、もう1隻はライフル分隊全体の3日分の食料、水、その他の物資を輸送できる。

どちらの新しい船も、ポリマー繊維強化複合材料をベースにしたマルチマテリアルブレンドから3Dプリントされた。UMaine大学によると、従来の製造方法では1年かかる工程を、わずか1カ月で1つの容器を製造し、組み立てることができたという。