積層製造AM技術つまり3Dプリンターの機能がどんどん進んでいるようです。今回のThe War Zone記事ではそこにコールドスプレイ技術が加わり、これまで高価になる一方だった装備品の価格が一気に下がる可能性が現実になってきました。艦上や前線基地で可能なメニューには限界もあるようですが、今までの常識が崩れ落ちそうです。
U.S. Navy photo by Petty Officer 3rd Class (SW/AW) Nathan Burke
アディティブ・マニュファクチャリングとコールドスプレイ技術は、海軍の装備維持に革命をもたらし、数百万ドルを節約できそうだ
ワシントンD.C.近郊で開催されたSea Air Space会議で、海軍航空システム本部（NAVAIR）の積層造形（AM）チームのプログラムマネージャー、セオドア・グロンダは、F/A-18E/Fスーパーホーネットの交換用タイヤは非常に高価であると聴衆に語った。
どのくらい？グロンダによれば、交換には1本で6桁近い費用がかかるという。タイヤがホイールと一緒に交換されるためでもある。海軍は実際に、交換用のスーパーホーネットのタイヤをアセンブリーとして購入し、タイヤとホイールのリムがすでに互いに組み合わされている状態で受け取る。タイヤとホイールのアッセンブリーには、それぞれおよそ100,000ドルかかる。
SINGAPORE STRAIT (July 6, 2017) U.S. Navy Aviation Electrician's Mate 2nd Class Lucas Mclean, left, from Arvada, Colo., U.S. Navy Aviation Electronics Technician 1st Class Mathew Webber, middle, from Riverside, Calif., and U.S. Navy Aviation Machinist's Mate 2nd Class Ivan Avila, from Corona, Calif., replace the tires on an F/A-18F Super Hornet from, the “Black Knights” of Strike Fighter Squadron (VFA) 154, aboard the aircraft carrier USS Nimitz (CVN 68), July 6, 2017, in the Singapore Strait. (U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Weston A. Mohr) U.S. Navy personnel replace the tires on an F/A-18F Super Hornet aboard the aircraft carrier USS Nimitz (CVN 68), July 6, 2017. U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Weston A. Mohr
スーパーホーネットのような艦載機のホイールとタイヤが、で比較的短い寿命であることは間違いない。2019年以降、海軍のE/F部隊は、戦闘機の耐用時間を6,000時間から10,000時間に延ばす多段階の変更プログラムを順次実施している。その耐用年数の間に、スーパーホーネットは文字通り何千回もの着陸と離陸、空母からの拘束着艦とカタパルト発汗、地上基地からの離着陸の両方を行う。その過程で多くの車輪やタイヤを消費し、空母運用中は特に早く使い切る。
グロンダは、F/A-18E/Fはしばしば空母の甲板に激しく着艦するため、戦闘機の主脚ホイールのリムが楕円形になり、リムに取り付けられたタイヤが揺れると説明した。タイヤがぐらつくと、ホイールとタイヤのアセンブリは外され、廃棄されるという。
それは高くつく。「年間で166本のタイヤを廃棄していますが、1本あたり6桁の値段がします」とグロンダは聴衆に断言した。ボーイングによると、グッドイヤーとミシュランがライノにゴムを供給している。本誌は各社にF/A-18/E/F用のタイヤ価格を尋ねたが、両社とも拒否した。メイン・ランディング・ギアのホイールは、ハネウェル・エアロスペース傘下のエアクラフト・ランディング・システムズが供給している。
仮に1アセンブリーあたり10万ドルと仮定すると、単純計算で、スーパーホーネットのホイールアセンブリー交換にかかる費用は年間1660万ドル程度になる。
リムを修理してタイヤを再装着できれば、海軍のホイール／タイヤ代は大幅に下がるかもしれない。グロンダは、NAVAIRのAMチームが、固体コールドスプレー3Dプリンティング技術を使えばスーパーホーネットのリムを修理できる可能性に気づいたと説明した。
「リム修理で効果的な方法はありませんでした。これらのリムの80パーセントはコールドスプレー技術で修理可能であることに気付きました」。
コールドスプレイとは、標準的な3Dプリンティングに手を加えた付加製造プロセスである。簡単に言えば、小さな金属粒子をキャリアガス（通常は窒素またはヘリウム）と混合し、ノズルを通してマッハ2～3の速度まで加速させる。コールドスプレー修理では、粒子を部品に直接吹き付け、材料を追加して組み立て、強化するものだ。
Staff Sgt. Chynna Patterson, a 28th Maintenance Group additive manufacturing spray technician, and David Darling, the 28th MXG additive manufacturing site manager, wait for the VRC Raptor Cold Spray machine to heat up at Ellsworth Air Force Base, South Dakota, May 12, 2021. U.S. Air Force photo by Airman 1st Class Quentin K. Marx
「コールドスプレイ」という表現には少し語弊がある。使用される添加剤粒子は加熱されるが、融点の80％以下までしか加熱されないため、腐食しにくい。粒子は合体して固体になり、高強度で構造的に健全な結合を生む。一度塗布された新素材は、修理される部品の元の形状や公差に合うように修正される。このように、固体コールドスプレーは加法的であると同時に減法的なプロセスでもある。
空軍は2020年以降、積層造形にコールドスプレイ・プロセスを使用しており、航空機のヒンジから構造サポート、シャフト、着陸装置部品まで、あらゆるものを交換ではなく修理している。同軍は2021年、B-1Bのオーバーウイングフェアリングのスリップジョイントの修理に固体コールドスプレーを使用した。最近保管庫から引き出された退役ランサーの再生にこのプロセスが使われた可能性もある。
NAVAIRは10年以上前から積層造形技術を応用し、2016年には初の飛行に不可欠な航空機部品であるV-22オスプレイのエンジンナセルの3Dプリントリンクとフィッティングアセンブリの製造に採用した。
COVID-19の大流行によるサプライチェーンの問題により、海軍は2020年から積層造形への投資とその利用を加速せざるを得なくなった。現在、NAVAIRは、配備中の航空母艦を含む33カ所に96台の積層造形装置を導入している。
同司令部は、飛行に不可欠な部品の修理に各種3Dプリンターを使用している。2021年にNAVAIRは、Ultimaker S5 3Dプリンターを含む完全配備型3Dプリンティングシステムに、最高500万ドル相当の5年間のIDIQ契約を締結した。
この投資は、スーパーホーネットのタイヤ/ホイールアセンブリを含む、さまざまなプラットフォームや機器の種類で実を結ぶことになりそうだ。本誌の質問に対する電子メールでの回答で、グロンダはAMチームの「初期評価では、毎年（スクラップ／リサイクル）に出される166本の（ホイールリム／タイヤ）の80％以上が、このコールドスプレー技術で修理可能」と再確認されている。
さらに、コールドスプレイによる修理には2時間かかり、ホイール1本あたり300ドルかかるという。リムの修理とタイヤの再装着にかかる費用は、年間合計で約4万ドルになる。通例通りアセンブリーを交換するだけなら1,660万ドル（約16億円）かかるところを考えると、AM修理は何の問題もないように見える。現場や空母のような前方作戦拠点で採用される可能性があるAMは、さらに価値を高めている。
例えば、AMチームは最近、配備された航空母艦の光学着陸システムの新しいカプラ・フィッティングを迅速に提供した。カプラが摩耗しシステムは故障し、搭載航空機の一部が飛行できなくなっていた。連絡を受けてから、チームは3Dプリント用に小さな金具を再設計し、それをテストして承認を受け、カプラーのデータを電子的に艦船に送り、そこでプリントした。
とはいえ、海軍の戦闘機部隊がスーパーホーネットの修理を海上で行うことはない。グロンダによれば、コールドスプレイ・プロセスで使用される金属粉の環境要件のため、このような修理は現在のところ陸上の設備や整備施設でしか行えないという。
An F/A-18E/F Super Hornet from Strike Fighter Squadron (VFA) 103 takes off from Nimitz class aircraft carrier USS George Washington, December 8, 2023. U.S. Navy Photo by Mass Communication Specialist 3rd Class August Clawson
しかし、アディティブ・マニュファクチャリングと密接に関連した考え方は、NAVAIRと海軍全体でサプライチェーンの設計と展開を再考するよう促している、とグロンダは説明する。
「コールドスプレイは、供給システムにある品目を再評価するきっかけとなっています。これらの品目は、以前は修理／消費不可能とみなされていました。したがって、このプロセスを再評価することで、全体的な維持コストを削減し、その節約分を収穫し、より重要な国防総省の能力に再投資することができるのです」。
軍需品から部品、装備品に至るまで、国防総省が直面しているサプライチェーンの圧力は、予算の圧力や非効率性（単純なワッシャーの袋に9万ドルも支払う）と相まり、ハードウェアを修理し現地製造する、より革新的なアプローチを促進することが期待される。戦闘機1機種の年間1600万ドル以上の車輪／タイヤ代が5万ドル以下に削減できる可能性がある。■
Navy Pays $100K To Replace Each F/A-18 Tire, 3D Printed Repairs Cuts Cost To $300
BYERIC TEGLER|PUBLISHED MAY 7, 2024 4:06 PM EDT
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