Petnajst aplikacij aditivne proizvodnje na področju nacionalne obrambe

Jul 05, 2022

Tehnologija aditivne proizvodnje se s svojimi zmogljivimi funkcijami že od nekdaj široko uporablja na številnih področjih, vključno s pomorstvom, vesoljstvom in avtomobilizmom. Seveda ga vedno bolj sprejemajo tudi obrambna ministrstva po vsem svetu. Pravzaprav se pričakuje, da bo do leta 2027 vrednost vojaške industrije 3D-tiskanja dosegla 1,7 milijarde ameriških dolarjev.

Glede na povpraševanje po hitrejši hitrosti, manjši teži in nižji ceni vojaških izdelkov je nedvomno najprimerneje izbrati aditivno proizvodno tehnologijo za doseganje teh funkcij. Naštetih je nekaj primerov uporabe tehnologije 3D tiskanja na področju nacionalne obrambe v različnih državah po svetu. Iz teh dejanskih primerov lahko dodatno vidimo pomen te tehnologije v nacionalni obrambi.

9-meter dolg kovinski 3D-tiskalnik

Ameriška vojska je prepričana o prednostih aditivne proizvodnje in je leta 2021 napovedala, da bo izdelala največji kovinski 3D-tiskalnik na svetu. US DEVCOM Army Ground Vehicle System Center izdeluje ta velikanski tiskalnik s pomočjo ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens in MELD Manufacturing Joint Manufacturing and Technology Center v Rock Island Arsenalu. Ta tiskalnik bo postal del projekta brezšivnega telesa, končna naloga pa je natisniti integrirano telo za kočijo. Poroča se, da naj bi projekt trajal približno 14 mesecev, končni tiskalnik pa bo lahko natisnil kovinske dele, dolge 30 čevljev, široke 20 čevljev in visoke 12 čevljev (približno 9 metrov × 6 metrov × 3,6 metra). Čeprav v zadnjem času v zvezi s tem nimamo nobenih novic, bo projekt verjetno v bližnji prihodnosti zaključen.

3D tiskanje piste

Druga aplikacija na vojaškem in nacionalnem obrambnem področju prihaja iz ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Company), ki uporablja aditivno proizvodnjo za razvoj vzletno-pristajalne steze za letališče vojaških ekspedicij. Te preproge za vzletno-pristajalne steze so pomemben del ekspedicijskega letališča (EAF). Njihova funkcija je, da se izvajajo na šibkejši podlagi, da vojaškim letalom omogočijo pristajanje in vzletanje. Pred tem je bila uporabljena prenosna vzletno-pristajalna steza iz aluminijaste pločevine, a ker je postala zastarela, je morala vojska najti inovativno rešitev. Tiskalnik M290 3D nemškega podjetja EOS se uporablja za izdelavo lažjih in vzdržljivejših modelov za vojaško opremo ameriškega letalstva.

ExOne in njegova vojaška enota

Da bi pospešil razvoj močne in robustne tovarniške enote za 3D-tiskanje, je ExOne po sodelovanju z več partnerji sodeloval pri izvedbi te naloge. Natančneje, vključuje 1,6-milijonsko pogodbo Agencije za obrambno logistiko (DLA). V tem procesu se ExOneova tehnologija Binderjet uporablja v vojaške namene zaradi svoje visoke hitrosti, prožnih materialov in enostavnega upravljanja, ki lahko zadovoljijo ključne potrebe vojske. Ta 3D-tiskalnik, zasnovan za vojsko, naj bi bil sposoben pršiti lepila in več kot 20 vrst kovin, keramike in drugih materialov v prahu. Poleg tega naj bi bil zaradi edinstvenega ohišja in drugih funkcij zelo primeren za vojaške izdelke.

Orodja za 3D tiskanje za ameriško mornarico

Ameriška mornarica prav tako uporablja aditivno proizvodnjo in njihov marinski korpus je odkril zmožnost 3D tiskanja za razvoj novih orodij za vzdrževanje vozil. Poveljstvo sistemov mornariške pehote sodeluje z oskrbovalnimi bataljoni in industrijskimi partnerji pri izdelavi napeljav za aditivno proizvodnjo za odstranjevanje volanov iz kovine s tehnologijo 3D tiskanja. To je problem, ki ga je pogosto treba rešiti pri vzdrževanju pomorskih vozil. Aditivna proizvodnja lahko pomaga skrajšati čas vzdrževanja in priprave orodja ter lahko skrajša dejansko čakalno dobo za takšne dele na približno 25 dni.

Sodelovanje med ameriško vojsko in Univerzo Južne Floride za razvoj lahke magnezijeve zlitine

Kar zadeva razloge za tehnologijo 3D tiskanja, ameriška vojska poleg rednega sodelovanja s sorodnimi podjetji sodeluje tudi z nekaterimi univerzami. Pred kratkim so znanstveniki na Univerzi Centralne Floride uspešno 3D natisnili magnezijevo zlitino, imenovano WE43. Poročajo, da razvoj tega materiala s strani raziskovalcev ni naključje, ampak iz potreb vojske. Ameriški vojaki so pogosto prisiljeni nositi izjemno težke torbe in opremo, zato je zelo nujno zmanjšati njihovo težo. Vendar sta ameriška vojska in Univerza Centralne Floride morda našli rešitev s pomočjo WE43 in tehnologije laserske fuzije prahu.

3D tiskanje propelerja ladje

V zadnjih letih znano francosko podjetje Naval Group uporablja tehnologijo 3D tiskanja za različne potrebe. Januarja 2021 je NavalGroup zahvaljujoč aditivnemu proizvodnemu procesu WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) 3D natisnil propeler. Propeler je sestavljen iz petih 200 kg lopatic in je nato nameščen na Andromedo, ladjo za odkrivanje min. Ekipa, ki stoji za projektom, je pojasnila, da so z uporabo tehnologije 3D tiskanja močno skrajšali čas gradnje in minimalizirali količino uporabljenih materialov.

Špansko letalstvo je svoj proces nadgradilo s 3D tiskanjem

Aditivna proizvodnja lahko pomaga delom doseči visoko trdoto, visoko trdnost in druge odlične lastnosti. Z notranjo ojačitvijo z vlakni so raziskovalci razvili različna orodja in končne dele, ki lahko brez napak prenesejo težke pogoje delovanja, ko so komponente izpostavljene zelo velikim silam. V Madridu je vodja helikopterske delavnice španskih letalskih sil dejal, da zdaj poskušajo vsak del izdelati z aditivno proizvodnjo in se izogniti tradicionalni proizvodnji. Te komponente vključujejo merilna orodja za nadzor puščanja za podvozje helikopterja ali prilagojene ključe za glavne rotorje helikopterja.

General Lattice in njegove čelade, zasnovane za ameriško vojsko

GeneralLattice, podjetje za programsko opremo za 3D načrtovanje, in ameriška vojska sta podpisali pogodbo za izboljšanje zmogljivosti absorpcije udarcev vojaških bojnih čelad s 3D tiskanjem in napredno geometrijo mreže. Za ta projekt je podjetje razvilo niz orodij za napovedno modeliranje za načrtovanje in ustvarjanje materialov za čelade. Da bi izboljšali zaščito vojakov na bojišču in možnost preživetja po udarcu z glavo, bodo 3D-natisnjeni materiali testirani v realnem okolju, da bi preverili zahteve glede zmogljivosti razvojnega poveljniškega vojaškega centra.

Rezervni deli v bojnih oklepnih vozilih

Avstralska vojska je uporabila rešitev 3D tiskanja s hladnim pršenjem, ki jo je razvil SPEE3D, da bi oblikovala več kot ducat rezervnih delov za enega od svojih oklepnih vozil. Te komponente so prestale številne preizkuse uporabe na terenu in potrdila, kar je izboljšalo okretnost avstralske vojske. Natisnjeni sestavni deli na primer vključujejo pokrov kolesa, katerega izdelava je trajala le 29 minut, skupni strošek pa je 100 avstralskih dolarjev. Stroj, uporabljen v tem primeru, je WarpSPEE3D, ki ima prostornino tiskanja 1000 x 700 mm in hitrost 1 kg na minuto. Z uvedbo tehnologije aditivne proizvodnje lahko vojska skrajša čas izpada oklepnih vozil in se tako bolje odzove v izrednih razmerah.

Ameriška mornarica in aditivna proizvodnja

Z leti je ameriška mornarica delala na več projektih aditivne proizvodnje. Cilj je izboljšati agilnost in učinkovitost ekipe, ki opravlja naloge v oceanu, predvsem pri izdelavi rezervnih delov. Zato je Mornariška podiplomska šola (NPS) investirala v kovinske stroje Xerox ElemX. To opremo so uporabili za oblikovanje rezervnih delov in orodij za podmornice in ladje, kar je Xeroxu omogočilo krajšo dobavno verigo in izdelavo komponent po meri. NPS ni edino podjetje, ki je začelo projekte 3D tiskanja na področju pomorstva. Pravzaprav je MatterHackers podpisal 5--letno pogodbo z ameriško mornarico, da zagotovi vso 3D opremo, ki jo potrebuje, kot tudi tečaje usposabljanja in vzdrževanje.

Energetski projekti prihodnosti

Projekt Future Energy iz Združenega kraljestva deluje na področju raziskav, testiranja eksplozivov, nove energetske proizvodnje, modeliranja eksplozij, kemijske sinteze, termične karakterizacije in testiranja nevarnosti. Cilj projekta je ustvariti nove materiale, ki vsebujejo energijo, in diagnostične metode za preverjanje novih materialov. Aditivna proizvodnja bo uporabljena za razvoj novih eksplozivnih formulacij, ki potencialnim uporabnikom zagotavljajo številne prednosti, vključno z zmanjšanimi stroški skladiščenja in transporta ter izboljšano učinkovitostjo. Stroške je mogoče natančno prilagoditi glede na zahteve in izdelati v novem in kompleksnem dizajnu, kar je bilo prej nepredstavljivo. Proizvodni proces uporablja resonančni akustični mešalnik LabRam, ki za mešanje materialov uporablja zvočno energijo namesto fizičnih rezil, zaradi česar je postopek varnejši.

Astro America razvija 3D natisnjeno karoserijo voza

Raziskovalno organizacijo za uporabno znanost in tehnologijo, znano tudi kot ASTRO America, je ameriška vojska izbrala za projekt brezšivnega trupa. Program podpira Manufacturing Innovation Institute, ki ima koristi od Ministrstva za obrambo ZDA, in je del prizadevanj za razvoj in dostavo orodij za trup bojnih vozil z uporabo 3D tiskanja. Upajo, da bodo skrajšali čas izdelave in zmanjšali proizvodne stroške, hkrati pa zmanjšali težo vozila ter izboljšali njegovo zmogljivost in sposobnost preživetja.

3D tiskanje barak

ICON, 3D gradbeno podjetje, je znano po svojih projektih, ki vključujejo vojsko. V ta namen je podjetje s sedežem v Austinu sodelovalo s Teksaškim ministrstvom za vojaške zadeve, Logan Architecture in Fort Structures, da bi ustvarilo največjo 3D natisnjeno strukturo v Severni Ameriki: tabor za usposabljanje v centru za usposabljanje Swift Camp v Bastropu v Teksasu. Z uporabo ICON-ovega gradbenega sistema Vulcan, robotskega tiskalnika, ki ga upravlja tablični računalnik in lahko uporablja materiale na osnovi cementa, sta podjetje in vojska uspešno zgradila prvo 3D-natisnjeno vojaško taborišče za bivanje vojakov. Končna zgradba vključuje 3,{ {7}}zgradba s kvadratnimi metri, ki lahko sprejme do 72 vojakov ali pilotov in se pripravi na njihovo naslednjo nalogo.

3D tiskanje trupa podmornice

Z leti je ministrstvo za obrambo našlo načine za uporabo 3D-tiskanja na številnih področjih – na tleh, v zraku in na morju. Pravzaprav ta zadnji projekt ameriške vojske raziskuje razmeroma neznano področje 3D tiskanja: morsko dno. Leta 2017 je nacionalni laboratorij Oak Ridge (ORNL) sodeloval z Laboratorijem za prelomno tehnologijo ameriške mornarice pri tem novem poskusu in pomagal ustvariti prvi 3D-natisnjen trup podmornice v vojaški zgodovini. Z uporabo ORNL-jeve tehnologije FDM za aditivno proizvodnjo velikih površin (BAAM) je ekipa izdelala 30-ladijsko trup s 6 kompozitnimi deli iz ogljikovih vlaken. V primerjavi s tradicionalnimi proizvodnimi metodami je njegova proizvodna hitrost hitrejša, stroški pa nižji. Čeprav je še vedno v fazi testiranja, obstajajo znaki, da se bo kmalu v prihodnosti več 3D-natisnjenih podmornic potopilo v ocean.

Univerza v Mainu razvija logistično podporno ladjo za ameriške marince

Marca letos je Univerza Maine (UMaine) 3D natisnila dve novi veliki ladji v svojem centru za napredne strukture in kompozitne materiale v Oronu, od katerih naj bi bila ena največja ladja za aditivno proizvodnjo, ki je bila kdaj zgrajena. Razume se, da sta bili dve prototipi ladje razviti za Korpus mornariške pehote Združenih držav Amerike, zasnovani kot ladji za logistično podporo in ju bodo testirali za uporabo na terenu s strani oboroženih sil. Večji lahko nosi dva 20-foot transportna zabojnika, drugi pa lahko prevaža hrano, vodo in druge zaloge za celotno strelsko četo za obdobje treh dni. Obe novi ladji sta 3D-natisnjeni z večmaterialno mešanico kompozitnih materialov na osnovi polimerov, ojačenih z vlakni. Po besedah UMaine je eno od ladij uspelo izdelati in sestaviti v samo enem mesecu. Če se uporabljajo tradicionalne metode izdelave, bo ta proces trajal do enega leta.