海軍は積層造形に全力を注ぐべきだと当局者が語る

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鋳造と鍛造によって金属部品を製造する伝統的な手段は、過去 2,600 年ほどにわたって人類に役立ってきましたが、3D プリンティングとしても知られる積層造形は、少なくとも海軍に関する限り、上級サービスの未来です。リーダーは言いました。

最近、海上サービスが船に 3D プリンターを導入し、船員が紛失した部品や壊れた部品をその場で作成できるようになり、交換品が届くまでに数週間、数か月も待たずに済むことが話題になりました。

これは前向きな進展だ、と戦略潜水艦計画事務局のエグゼクティブディレクター、マット・サーモン氏は語った。

しかし、造船メーカーとそのサプライヤーは、金属部品を製造する従来の手段からこれらの高度な製造技術に切り替える必要があると同氏は予測しました。 それが海軍の現在および将来のサプライチェーン問題を解決する唯一の方法だ、と同氏は述べた。

「私は金属積層造形が、海底産業基盤の重要な材料に必要な能力と生産能力への道であると心から信じています。そしてそれは水上艦とそのシステム、そして維持にも同じことが当てはまります」と彼は最近語った。バージニア州アーリントンで開催されたアメリカ海軍工学会年次会議にて。

国の製造能力の復活について海軍の主導的な代弁者として浮上してきたサーモン氏にとって、積層造形は願望リストに載っているものではないが、建造予定の船舶や潜水艦をすべて納入するためには必要不可欠なものだ。今後数年。

現在、鋳造や鍛造を通じて重金属で作られた部品のサプライチェーンに問題があります。 海軍はサプライヤーと協力して従業員を訓練し、効率を高めているが、それだけでは今後数年間は十分ではないとサーモン氏は語った。

潜水艦部門だけでも年間3隻、バージニア級潜水艦2隻とコロンビア級1隻の生産を目指している。 次に、近代化と維持プログラムがあります。

「人材の争奪戦が起きている。特に、製造業の労働力について話している」とサーモン氏は語った。

海軍、大手造船会社、約1万7000社のサプライヤーの間で、今後10年間に潜水艦計画に携わる約10万人の労働者が不足すると海軍は推定している。

「われわれは今日、こうした市場セクターに投資し、ベンダーと協力して人事面や人材パイプラインなどの面で支援をしながら、今日も戦っている」とサーモン氏は語った。 しかし、海軍が将来の製造需要を考慮した場合、必要な生産能力が確保できるとは考えていない、と同氏は述べた。

潜水艦の建造に必要な新しいシステムの技術準備レベルに関しては、海軍は順調に進んでいます。 しかし、製造の準備レベルに関しては、見通しはそれほど良くないと同氏は付け加えた。

戦略潜水艦プログラム事務局には、追跡する約 5,500 個の部品のデータベースがあります。 水上艦コミュニティにも同様のカタログがあります。 6つの異なる金属（同氏は公には名指しを避けたが）がこれらの品目のほとんどを占めており、その多くはバルブ、継手、留め具だ。

サーモン氏によると、海軍はこれらの重金属用の3Dプリンターを入手し始めているという。 同氏の推定によれば、この技術には新しい部品の納期を大幅に短縮する可能性があるという。

同氏は、「造船所で必要な部品や新規建造に必要な部品のスケジュールを80％削減することは非現実的ではない」と述べた。 同氏によると、一部のコンポーネントの推定率は 95% に達し、その他のコンポーネントはマシンの種類に応じて 50 ～ 60% の範囲にあるとのことです。 「しかし一般的に、80パーセントは問題外ではない」と彼は付け加えた。

昨年 10 月、海軍と請負業者である Austal USA は、バージニア州ダンビルにある付加製造センター オブ エクセレンスのテープカットを行い、すべてのサービス関連プログラムを 1 つ屋根の下にまとめました。

オースタルUSAの声明によると、そこで運営されているコンソーシアムは、連続生産に向けて業界に移行する適格な部品レシピを開発する予定だという。 また、分散生産のための高度な製造の活用にも焦点を当て、海底産業基盤への新規参入者を呼び込むとともに、生産量を増やすためにこのプロセスを導入しようとしている前向きの鋳造鋳物工場も支援する予定だ。

同センターはすでにこの地域に産業を誘致している。

2月、添加剤メーカーのIperionXは、海軍向けのチタンポンプコンポーネントを3DプリントするためにCarver Pumpと提携すると発表した。 両社のプレスリリースによれば、その新しい施設は海軍のダンビル拠点から約40マイルの距離に位置するという。

チタンはその並外れた耐食性で海軍によって高く評価されており、すべての主要なポンプ用途で広く使用されており、チタン部品は通常チタン鋳造法で製造されている、と声明は述べた。

カーバーはチタン製ポンプコンポーネントを設計し、IperionX のプロトタイピングを指導し、海軍向けのこれらのコンポーネントの認定を主導します。 IperionX は、特許取得済みの 3D プリンターとチタン粉末を提供します。 リサイクルするスクラップの一部は海軍からのものになると同社は指摘した。

声明では「（米国には）高性能遠心ポンプに必要な大型チタン鋳物を製造する国内能力はない」と述べた。

このため、高コストで炭素集約的なチタン金属を利用する外国管理のサプライチェーンから調達する新しいポンプ部品の納期が長くなりました。

サーモン氏によると、アディティブ・マニュファクチャリング・センター・オブ・エクセレンスは「多数の」3D印刷機を注文しており、最初の1台は2月にダンビルに到着する予定だという。 配送は年間を通じて継続されます。

目標は、2024年3月までに6つの最も重要な金属の3Dプリンターを稼働させ、今年潜水艦に搭載される5つの積層造形部品を生産することだ、と同氏は語った。

同センターでは、まだ3Dプリンティングの準備が整っていない一部の鋼合金に必要な基礎的な学術研究も行う予定だ、と同氏は付け加えた。

「積極的な目標であることは認めるが、2024年3月までにこれら6つの材料が完成し、船舶や潜水艦に搭載される予定だ」と同氏は述べた。

一方、海軍海上システム司令部は、船舶や潜水艦で使用される 500 以上の承認済み部品の積層造形プロセスを開発しました。

海軍海上システム司令部の海洋工学部門の責任者であるダグ・アーノルド氏は、潜水艦や外洋に航行する船舶に搭載されているプリンターのほとんどが金属ではなくポリマーを使用していると述べた。

船員たちは、壊れたドアハンドルからパイプのパッチに至るまで、あらゆるものを印刷するためにそれらを使用してきました。

いくつかの金属プリンターが海軍の艦船に搭載されているが、それらを搭載した航行についてはまだ研究中であると同氏は語った。

「これらの金属積層造形コンポーネントを船に搭載できるかどうかは、製造の準備レベルと、我々が喜んで受け入れられるリスクレベルの理解にかかっています」と同氏は述べた。

そして、3D 製造部品が信頼できるものであることを証明するという問題もあります。 何十年も使用されてきた鍛造金属部品や鋳造金属部品に関するデータや情報は大量にありますが、積層造形は比較的新しいものだと同氏は付け加えました。

もう一つの課題は技術データパッケージの開発だ、と同氏は述べた。

「技術データ パッケージが正しいことを確認して、船舶に適し、目的に適した適切なコンポーネントを確実に入手し、それらのデータ パッケージを他の組織が利用できるようにするにはどうすればよいでしょうか? 」 同氏は、一部のベンダーは知的財産を維持したいと考えていることを認めた上で述べた。

サーモン氏は、「我々は、有名な、そして本当に信じられないほど驚くべき技術的厳密さを新しいテクノロジーに導入しなければならない」と語った。

海軍海域システム工学・兵站担当主任技師兼副司令官のジェイソン・ロイド少将は、海上の船舶に金属部品を3Dプリントする潜在的なメリットは「非常に大きい」と述べた。

最初の金属 3D プリンターは昨年の夏に海軍の艦船に搭載され、2 台目は間もなく水陸両用艦に搭載される予定です。

「私たちは嵐、正常化、パフォーマンスのサイクルの中にいます。私たちは何年もの間『嵐』の中にいて、今は『正常化』の段階にいます」と彼は言った。

船員が部品を必要とする場合は、メリーランド州のカーデロック海軍水上戦センターに連絡して、その部品の技術データ パッケージがファイルにあるかどうかを確認できます。 そうしないと、そこのエンジニアがデータ パッケージを開発して船に送信する可能性があります。 船に同じ 3D プリンタが搭載されていれば、船員は航行中に部品を作成できるとロイド氏は語った。

同氏は、ポリマープリンターを搭載した海上の船舶で重大なパイプ漏れが発生したが、それを修復する方法がなかったという最近の事件を挙げた。 船員たちはポリマーパッチを印刷しましたが、港に戻って恒久的な修理ができるまではまったく問題なく機能しました。

「私たちには独創的な船員がいます。そして、この技術を彼らの手に渡せば、彼らはそれを使って走り出すでしょう」とロイド氏は語った。

アーノルド氏は次のステップはトレーニングだと語った。 海軍水上戦センターが積層造形技術を習得するためには、多くの時間、労力、資金が投入されてきましたが、艦船に勤務する若い技術者に関する訓練はほとんどありませんでした。

サーモン氏は、海軍における積層造形の普及推進は上層部によるものでなければならないと述べた。

海軍には長年にわたり同業者がいなかったため、リスクを冒さなかった。 しかし、もうそうではない、と彼は言いました。

「私たちは教訓を学びに行くつもりです。間違いを犯すつもりですか? もちろんです。誰もが以前のテクノロジーの開発で間違いを犯すのと同じように、そうですよね? しかし、私たちは製品でできる限り安全にそれを行うつもりです。」と彼は言いました。 。

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私の中の賢い人は、次のようなことを言いたいのです。 ロケット モーターの 80% を 3D プリントできれば、船も 3D プリントできるでしょう。 まあ、ほとんどがとにかくです。 Si-Fi の「ユビキタス シング メーカー」が登場します!