П'ятнадцять застосувань адитивного виробництва в галузі національної оборони

Jul 05, 2022

Технологія адитивного виробництва завжди широко використовувалася в багатьох галузях, включаючи морську, аерокосмічну та автомобільну промисловість, завдяки своїм потужним функціям. Звичайно, його також все частіше приймають міністерства оборони в усьому світі. Насправді очікується, що до 2027 року вартість військової галузі 3D-друку досягне 1,7 мільярда доларів США.

Враховуючи попит на високу швидкість, меншу вагу та нижчу вартість військової продукції, безсумнівно, найдоцільнішим є вибір технології адитивного виробництва для досягнення цих функцій. Наведено окремі випадки застосування технології 3D-друку у сфері національної оборони в різних країнах світу. З цих реальних випадків ми бачимо важливість цієї технології для національної оборони.

9-метровий металевий 3D-принтер

Військові США переконані в перевагах адитивного виробництва, і в 2021 році вони оголосили, що створять найбільший у світі металевий 3D-принтер. Центр сухопутних транспортних засобів армії США DEVCOM виробляє цей гігантський принтер за допомогою ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens і MELD Manufacturing Joint Manufacturing and Technology Center в Rock Island Arsenal. Цей принтер стане частиною проекту безшовного кузова, а кінцевим завданням буде надрукувати інтегрований кузов для колісниці. Повідомляється, що проект займе близько 14 місяців, і остаточний принтер зможе друкувати металеві частини 30 футів завдовжки, 20 футів завширшки та 12 футів заввишки (приблизно 9 метрів × 6 метрів × 3,6 метра). Хоча останнім часом у нас немає новин з цього приводу, проект, ймовірно, буде завершено найближчим часом.

3D-друк злітно-посадкової смуги

Інше застосування у військовій сфері та сфері національної оборони походить від ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Company), яка використовує адитивне виробництво для розробки злітно-посадкової смуги для аеропорту військової експедиції. Ці килимки є важливою частиною експедиційного аеропорту (EAF). Їхня функція полягає в тому, щоб реалізовуватись на слабкішому грунті, щоб військові літаки могли здійснювати посадку та зліт. До цього використовувалася переносна злітно-посадкова смуга з алюмінієвого листа, але оскільки вона застаріла, армії потрібно було знайти інноваційне рішення. Принтер M290 3D німецької компанії EOS використовується для виготовлення легших і міцніших моделей військової техніки ВПС США.

ExOne і його військова капсула

Щоб прискорити розробку потужної та надійної фабрики 3D-друку, ExOne брала участь у реалізації цього завдання після співпраці з кількома партнерами. Зокрема, йдеться про контракт на суму 1,6 мільйона доларів, укладений з Агентством матеріально-технічного забезпечення оборони (DLA). У цьому процесі технологія Binderjet від ExOne використовується у військових цілях завдяки її високій швидкості, гнучким матеріалам і простоті експлуатації, які цілком можуть задовольнити ключові потреби військових. Кажуть, що цей 3D-принтер, розроблений для військових, здатний розпилювати клей і понад 20 видів металів, кераміки та інших порошкоподібних матеріалів. Крім того, кажуть, що унікальний корпус та інші функції роблять його дуже придатним для виробів військового рівня.

Інструменти 3D-друку для ВМС США

Військово-морські сили США також використовують адитивне виробництво, а їхній корпус морської піхоти виявив можливість 3D-друку для розробки нових інструментів для обслуговування транспортних засобів. Системне командування Корпусу морської піхоти співпрацює з батальйонами постачання та галузевими партнерами, щоб виробляти додаткові виробничі пристосування для зняття кермових коліс із металу за допомогою технології 3D-друку. Це проблема, яку часто потрібно вирішувати при обслуговуванні морських транспортних засобів. Адитивне виробництво може допомогти скоротити час на технічне обслуговування та підготовку інструменту, а також може скоротити фактичний час очікування таких деталей приблизно до 25 днів.

Співпраця між армією США та Університетом Південної Флориди для розробки легкого магнієвого сплаву

З точки зору причин використання технології 3D-друку, окрім регулярної співпраці зі спорідненими компаніями, армія США також співпрацює з деякими університетами. Нещодавно вчені з Університету Центральної Флориди успішно 3D-друкували магнієвий сплав під назвою WE43. Повідомляється, що розробка дослідниками цього матеріалу не випадкова, а з потреб військових. Американським солдатам часто доводиться носити надзвичайно важкі сумки та спорядження, тому дуже необхідно зменшити їх вагу. Однак за допомогою WE43 і технології порошкового лазерного синтезу армія США та Університет Центральної Флориди, можливо, знайшли рішення.

3D друк гвинта корабля

В останні роки відома французька компанія Naval Group використовує технологію 3D-друку для задоволення різноманітних потреб. У січні 2021 року завдяки процесу адитивного виробництва WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) компанія NavalGroup надрукувала пропелер на 3D-друкі. Пропелер складається з п'яти 200-кілограмових лопатей і потім встановлюється на корабель пошуку мін «Андромеда». Команда проекту пояснила, що за допомогою технології 3D-друку вони значно скоротили час будівництва та мінімізували кількість використаних матеріалів.

Іспанські ВПС модернізували свій процес за допомогою 3D-друку

Адитивне виробництво може допомогти деталям досягти високої твердості, високої міцності та інших відмінних характеристик. Завдяки внутрішньому армуванню волокнами дослідники розробили різні інструменти та кінцеві частини, які можуть витримувати суворі умови роботи, необхідні, коли компоненти піддаються дуже великим зусиллям без будь-яких помилок. У Мадриді керівник вертолітної майстерні ВПС Іспанії сказав, що зараз вони намагаються виробляти кожну частину за допомогою адитивного виробництва та уникати традиційного виробництва. Ці компоненти включають засоби вимірювання контролю витоків для шасі вертольота або спеціальні ключі для несучих гвинтів вертольота.

General Lattice і його шоломи, розроблені для армії США

GeneralLattice, компанія, що займається розробкою програмного забезпечення для 3D-дизайну, та армія США підписали контракт на підвищення здатності армійських бойових шоломів поглинати удари за допомогою 3D-друку та вдосконаленої геометрії сітки. Для цього проекту компанія розробила набір інструментів прогнозного моделювання для розробки та створення матеріалів шолома. Щоб покращити захист солдатів на полі бою та можливість вижити після удару головою, 3D-друковані матеріали будуть протестовані в реальному середовищі, щоб перевірити вимоги до продуктивності командного солдатського центру розробки.

Запасні частини бойової бронетехніки

Австралійська армія використала рішення для 3D-друку холодним напиленням, розроблене SPEE3D, щоб розробити понад десяток запчастин для однієї зі своїх броньованих машин. Ці компоненти пройшли багато польових випробувань і сертифікації, покращуючи маневреність австралійської армії. Наприклад, надруковані компоненти включають кришку колеса, на виготовлення якої пішло всього 29 хвилин, а загальна вартість становить 100 австралійських доларів. У цьому випадку використовується машина WarpSPEE3D, яка має об’єм друку 1000 x 700 мм і швидкість 1 кг на хвилину. Завдяки впровадженню технології адитивного виробництва армія може скоротити час простою бронетехніки і таким чином краще реагувати на надзвичайні ситуації.

ВМС США та адитивне виробництво

Протягом багатьох років ВМС США працювали над кількома проектами виробництва добавок. Мета полягає в тому, щоб підвищити спритність і ефективність команди, що виконує завдання в океані, особливо у виробництві запасних частин. Ось чому Військово-морська післядипломна школа (NPS) інвестувала в металеві машини Xerox ElemX. Вони використовували це обладнання для розробки запасних частин та інструментів для підводних човнів і кораблів, що дозволило Xerox мати коротший ланцюг поставок і виготовляти індивідуальні компоненти. NPS – не єдина компанія, яка запускає проекти 3D-друку в морській галузі. Насправді компанія MatterHackers підписала 5--річний контракт із ВМС США на постачання всього необхідного 3D-обладнання, а також на проведення навчальних курсів і обслуговування.

Енергетичні проекти майбутнього

Проект Future Energy із Великої Британії працює в таких сферах, як дослідження, випробування вибухових речовин, виробництво нової енергетики, моделювання вибухів, хімічний синтез, термічні характеристики та тестування на небезпеку. Метою проекту є створення нових енерговмісних матеріалів і методів діагностики для перевірки нових матеріалів. Адитивне виробництво буде використовуватися для розробки нових складів вибухових речовин, які нададуть потенційним користувачам багато переваг, включаючи зниження витрат на зберігання та транспортування та покращену продуктивність. Вартість може бути точно налаштована відповідно до вимог і виготовлена в новому та складному дизайні, що раніше було неможливо уявити. У процесі виробництва використовується резонансний акустичний змішувач LabRam, який використовує звукову енергію замість фізичних лопатей для змішування матеріалів, що робить процес безпечнішим.

Astro America розробляє 3D-друкований кузов колісниці

Дослідницька організація прикладних наук і технологій, також відома як ASTRO America, була обрана армією США для проекту безшовного корпусу. Програма підтримується Manufacturing Innovation Institute, який працює за підтримки Міністерства оборони США, і є частиною зусиль з розробки та постачання корпусів бойових машин за допомогою 3D-друку. Вони сподіваються скоротити час виготовлення та знизити витрати на виробництво, одночасно зменшивши вагу транспортного засобу та покращивши його характеристики та живучість.

3D друк казарми

Компанія ICON, яка займається 3D-конструкторами, відома своїми проектами із залученням військових. З цією метою компанія, що базується в Остіні, співпрацювала з Департаментом військових справ Техасу, Logan Architecture та Fort Structures, щоб створити найбільшу 3D-друковану структуру в Північній Америці: тренувальний табір у навчальному центрі Swift Camp у Бастропі, штат Техас. Використовуючи будівельну систему ICON Vulcan, роботизований принтер, який керується планшетним комп’ютером і може використовувати матеріали на основі цементу, компанія та військові успішно побудували перший надрукований на 3D-принтері військовий табір для проживання солдатів. Остаточна будівля включає 3,{ {7}}будівля площею квадратних футів, яка може вмістити до 72 солдатів або пілотів і підготувати їх до наступної місії.

3D друк корпусу підводного човна

Протягом багатьох років міністерство оборони знайшло способи застосування 3D-друку в багатьох сферах — на землі, у повітрі та на морі. Фактично, цей останній проект американських військових досліджує відносно невідому область 3D-друку: морське дно. У 2017 році Національна лабораторія Оук-Рідж (ORNL) співпрацювала з Лабораторією революційних технологій ВМС США для цієї нової спроби, допомогвши створити перший у військовій історії корпус підводного човна, надрукований на 3D-принтері. Використовуючи технологію виробництва великих присадок FDM (BAAM) ORNL, команда виготовила 30-концептуальний корпус із 6 композитними частинами з вуглецевого волокна. Порівняно з традиційними методами виробництва швидкість його виробництва є швидшою, а вартість нижчою. Незважаючи на те, що він все ще випробовується, є ознаки того, що незабаром в океан занурюватиметься більше підводних човнів, надрукованих на 3D.

Університет штату Мен розробляє корабель матеріально-технічного забезпечення для Корпусу морської піхоти США

У березні цього року Університет штату Мен (University of Maine, UMaine) надрукував 3D два нових великомасштабних кораблі у своєму Центрі передових конструкцій і композитних матеріалів в Ороно, один з яких вважається найбільшим кораблем для адитивного виробництва, коли-небудь побудованим. Відомо, що два прототипи кораблів були розроблені для Корпусу морської піхоти Сполучених Штатів, розроблені як кораблі матеріально-технічного забезпечення та будуть випробувані для польового використання збройними силами. Більший може перевозити два 20-футболу для транспортування, а інший може транспортувати їжу, воду та інші припаси для всього стрілецького загону протягом трьох днів. Обидва нові кораблі надруковані на 3D-принтері з використанням суміші композитних матеріалів на основі полімерів, армованих волокнами. За словами UMaine, їй вдалося виготовити та зібрати один із кораблів лише за місяць. Якщо використовуються традиційні методи виробництва, цей процес займе до одного року.