3Dプリントボートがついに現実に

船体というのは、3Dプリンターによって安価に製造できると常に謳われてきた種類の物体です。しかし、船体は大きく、複雑で、労働集約的で、通常は製造に時間がかかります。オランダのデルフト市にあるチームは、カスタマイズされたプラスチックとグラスファイバーの混合物と、ほぼ連続的に材料を積層できる大型プリンターを組み合わせることで、船体を数週間ではなく数日で印刷できるようになったと述べています。

このアプローチが現実世界で通用するならば、それは単なる「プリントボート」という目新しい話ではありません。積層造形が小型部品や試作品の製造から、規制の対象となる安全性が極めて重要な製品へと発展し、製造場所や製造方法も変革できるかどうかを試す試金石となるのです。

なぜ造船業は自動化の魅力的なターゲットなのか

造船は過酷な環境にさらされるため、労働集約的な作業であることで知られています。塩水、日光、度重なる衝撃、そして生物の繁殖（付着物）は、材料や製造工程の簡略化を困難にします。伝統的なグラスファイバー製法では、船体の適切な箇所の強度を確保するために、型と丁寧な手作業に頼る傾向があります。

こうした高い労働力、長いリードタイム、そして大量の反復作業の組み合わせは、明白な動機を生み出します。つまり、より多くの労力を設計に投入し、実地の製造にかかる労力を減らすことができれば、時間とコストを削減できる可能性があるということです。

これがCEADの賭けの背後にある論理です。デルフトで、CEADの共同創業者であるマールテン・ログテンベルグ氏は、彼らの目標を「ボート建造プロセスのほぼ90%」の自動化と表現しています。設計が確定し、プリンターのセットアップが完了すると、理論上は、ベースとなる材料の供給とプロセスの監視以外、ほとんど人間の介入なしに製造段階を進めることができます。

物質的な問題：強度、日光、そして海の成長

難しいのはプリンターではなく、船体の材質です。

展示用ではなく実際に使える船体を造るためには、プリントされた構造物が衝撃に耐え、長期的な劣化に耐える必要があります。デルフトでは、シンプルな「スレッジハンマーテスト」が画期的な出来事となりました。ログテンベルグ氏は、スレッジハンマーが「跳ね返るだけで、ほとんど傷が残らなかった」サンプルについて説明しています。

このテストはショーマンシップを競うものではなく、工学的な問題の代替試験でした。船体には強靭性と剛性だけでなく、紫外線への耐性や海藻が表面に付着しにくい性質も必要です。

CEADの答えは、熱可塑性プラスチックとグラスファイバーを特別に配合することでした。BBCによると、この素材は強度が高く、日光から保護するための追加コーティングを必要とせず、汚れや海洋生物の付着にも強いとのことです。

これらの特性は、工程を削減する点で重要です。船体を3Dプリントする際に、追加のコーティング、大規模な仕上げ、構造補強など、多くの後処理が必要となる場合、「早くプリントできる」という利点は、別の種類の人件費に変わってしまう可能性があります。

大型3Dプリントが製造ワークフローをどう変えるのか

付加製造について考えるときに便利な方法は、複雑性を前もって準備しておくというものです。

従来のグラスファイバー建築では、金型と手作業による積層工程で多くの作業が行われます。大型3Dプリンターでは、作業のスピードが速まります。

• 設計は、機械が層ごとに構築できる程度に正確に指定する必要があります。
• プリンターは、大規模な連続造形を処理できるように設計する必要があります。
• 材料の配合と堆積プロセスにより、層間に信頼性の高い結合が生成される必要があります。

CEAD のプリンターは、デジタル設計に基づいてボートを「一度に 1 層ずつ」構築し、各層を最後の層と結合して、シームレスな単一のオブジェクトを作成します。

このアプローチの重要な利点は、反復性です。デザインを変更したい場合、金型を作り直すのではなく、デジタルモデルと印刷プランを更新できる場合が多いです。これは、要件が不明確な市場や、顧客がカスタマイズを希望する市場では重要です。

BBCによると、CEAD最大の3Dプリンターは全長約40メートル（131フィート）で、すでにアブダビの顧客が電気フェリーの造形に使用しています。このサイズは、小さな部品を造形する場合と船体全体を造形する場合の違いです。

初期の使用事例：軍事プロトタイプと無人船

最も可能性の高い初期市場は、伝統よりもスピード、反復、柔軟性を重視する市場です。

BBCによると、CEADがデルフトの海洋応用センターの運営を開始してから12か月で、チームはオランダ海軍向けに、硬質インフレータブルボート（RIB）に似た全長12メートルの高速ボートの試作機を建造したという。

ログテンバーグ氏は、これを通常の調達事例と比較する。「通常、海軍が船舶を購入する場合、受け取るまでに何年もかかり、かなりの金額を支払います。」しかし、今回のケースでは、チームは「非常に限られた予算」の中で、わずか6週間でそれを成し遂げたと彼は言う。

積層造形の強みを活かせるもう一つの分野があります。それは無人船舶です。BBCは、NATO特殊部隊とのテストで「海上ドローン」が現場で数時間で製造され、運用要件に応じて設計が変更されたことを報じています。

これらの例では、次の 2 つの考え方が繰り返し登場します。

1. 生産拠点の移転大型のプリンターでも輸送用コンテナに入れてエンドユーザーの近くに移動することができます。
2. 完成品ではなく原料の輸送ロッテンバーグ氏は、かさばる船体を輸送するよりも、基礎資材を大きな袋に入れて輸送する方が輸送効率が上がると主張している。

これらの利点は、単位コストと同様に物流と時間が重要である状況で最も魅力的です。

消費者のストーリー：今は目新しさ、コストは後から

ロッテルダムでは、別の会社がプリントボートをレジャー市場で活用しようと試みている。

BBCの報道によると、Raw Ideaの「Tanaruz」ブランドは、特にレンタル市場を狙っているという。Raw Ideaのマネージングディレクター、ジョイス・ポント氏は、製品が斬新なため消費者は躊躇するかもしれないが、レンタル市場は活況だと述べている。訴求力の一つはマーケティングにある。「3Dプリントのボートがあります」とアピールすれば、人々は実際に見て触りたがるのだ。

Raw Ideaは素材にも力を入れています。BBCによると、船体にはガラス繊維とリサイクルプラスチック（炭酸飲料のボトルなど）を混ぜて使用しているとのことです。

今のところ、それが必ずしも価格の低下を意味するわけではない。ポント氏によると、リサイクル素材の調達コストが高いため、現状では従来の船と同等の価格となっている。しかし、規模と柔軟性によってコストは下がると期待している。

彼女はまた、大胆な予測もしています。5年以内に、3Dプリントのボートが高速走行の作業船/スピードボートの分野に取って代わる可能性があると考えています。

そのような予測は、いくつかの運用上の現実が変化するまでは簡単に却下できます。

すべてを決定する制約：規制と認証

ボートはスマートフォンケースではありません。海洋産業は厳しく規制されており、認証も当然ながら保守的になりがちです。

BBCは、CEADとRaw Ideaの両社が、従来の製造方法とは簡単に比較できない新しい材料と新しい方法を使用して船舶を建造しているため、欧州の規制当局と「ほぼリアルタイムで」協議していると報じている。

これは積層造形における根本的な問題です。物理的にはうまく機能していても、「事務処理」のレイヤーが追いつかなければなりません。規制当局は以下の点を理解する必要があります。

• 材料が何であるか、時間の経過とともにどのように劣化するか、ストレス下でどのように動作するか
• 層ごとの構築によって新たな故障モードが導入されるかどうか
• 印刷構造物の試験と検査を標準化する方法

実際には、認証が速度制限となる可能性があります。規制当局が迅速に承認できない場合、世界最速のプリンターでも役に立ちません。

それで、船全体を印刷することはあるのでしょうか?

BBC は、船全体を一度に印刷できるようになるまでには、まだ長い道のりがあると明言しています。

ポント氏は、本格的な船舶の3Dプリンティングが間近に迫っているという点には懐疑的であり、スーパーヨットや類似の船舶は自動化に抵抗する「船」であると主張する。

ログテンベルグ氏はより楽観的だ。12メートルの船を建造することさえ、1年前には予想をはるかに超えていたと彼は言う。彼は長期的な展望をこう描いている。造船は既にモジュール方式で行われており、船体を完全に3Dプリントするには「10年か20年」かかるかもしれないが、熱可塑性プラスチックの研究を継続し、機械の大型化を進めれば実現可能になるかもしれない。

これを保証として解釈するのではなく、ロードマップとして解釈すべきです。障壁となるのは単に大型プリンターだけではありません。長期的な材料研究、プロセスの信頼性、そして規制当局と顧客の信頼です。

結論

ボート用の大型3Dプリント技術は、太陽光、衝撃、そして海洋環境に耐えられる素材という、あまり魅力的ではない部分を解決しつつあるため、ついに単なるギミック以上のものになりつつある。認証フレームワークが進化を続け、軍用試作機、無人船、レンタルといった初期市場が引き続き購入を続ければ、3Dプリント船体は単なる奇抜なものではなく、真の製造分野となる可能性がある。

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出典

• https://www.bbc.com/news/articles/c751xw96e9yo?at_medium=RSS&at_campaign=rss