Как 3D-печать меняет оборонную промышленность?

Согласно исследованию Defense IQ, колоссальные 75% лидеров отрасли считают, что в ближайшие 10 лет 3D-печать станет стандартом в оборонной промышленности. Очевидно, что, как и в других отраслях, 3D-печать находит применение в оборонной и военной сферах. Аддитивное производство может трансформировать оборонную промышленность, предоставляя новые способы 3D-печати запасных частей по запросу, одновременно снижая производственные затраты и открывая новые возможности для проектирования.

Продолжая изучать влияние аддитивного производства на различные отрасли, сегодня мы рассмотрим, как оборонная промышленность внедрила 3D-печать, а также возможности, которые эта технология предоставляет военным секторам. Мы также обозначим проблемы для более широкого внедрения технологии, а также будущие приложения в этом секторе.

Использование аддитивного производства в вооруженных силах

Аддитивное производство может открыть море возможностей для оборонной промышленности, не в последнюю очередь снижение затрат на производство инструментов и компонентов, дополнительную гибкость конструкции и локализованное производство. В то же время аддитивное производство может значительно улучшить обслуживание военных систем за счет производства запасных или устаревших деталей.

Оборонная промышленность является одним из основных участников непрерывного развития технологий и материалов AM. Предлагаемый военный бюджет США на этот год, например, включает в себя 13,2 миллиарда долларов инвестиций в технологические инновации. Это включает дополнительную поддержку аддитивного производства в Министерстве обороны, что является четким показателем растущего интереса к возможностям 3D-печати для оборонных приложений.

Ключевые преимущества AM для защиты

1. Более быстрая разработка продукта

Аддитивное производство значительно ускоряет процесс проектирования, поскольку не требует инструментов. Напротив, при традиционном производстве на изготовление необходимых инструментов для создания конечных деталей и прототипов могут уйти месяцы. Таким образом, оборонная промышленность может воспользоваться преимуществами этой технологии, чтобы обойтись без дорогостоящих и трудоемких инструментов, тем самым сократив время, необходимое для разработки продукта.

2. Свобода дизайна

Оборонная промышленность также может извлечь выгоду из способности 3D-печати создавать оптимизированные объекты произвольной формы. Это означает, что вес детали может быть значительно уменьшен с помощью аддитивного производства, что позволяет сэкономить материальные затраты и время производства. Используя передовые инструменты проектирования, инженеры-конструкторы могут сократить количество компонентов в сборке до одного и, таким образом, значительно упростить процесс сборки.

3. Индивидуальное оборудование

3D-печать не только дает больше свободы дизайна, но также предлагает возможность создавать индивидуальные детали, адаптированные для конкретных функций. Вместо того, чтобы носить с собой детали и детали всех возможных конфигураций, солдаты могут использовать системы 3D-печати для изготовления деталей по запросу. Например, исследователи в армии США теперь могут печатать на 3D-принтере индивидуальные планеры дронов, адаптированные к конкретным потребностям конкретной миссии. Поэтому настраиваемый дизайн для 3D-печати жизненно важен для достижения более высокого уровня маневренности и гибкости в вооруженных силах.

4. Локализованное производство и производство по запросу

Координация логистики и транспортировки составляет значительную часть любого военного бюджета. Для отрасли, которая тратит миллиарды долларов только на логистику (например, Министерство обороны США потратило 1,194 миллиарда долларов на логистические операции в 2017 году), печать нестандартных деталей может оказаться более рентабельной. инструменты и запасные части рядом с местом использования - решение, которое предоставляет аддитивное производство.

Это может означать, что солдаты в отдаленных районах также могут использовать 3D-печать в своих интересах. В некоторой степени это уже было проверено:еще в 2012 году армия США использовала предприятие по аддитивному производству в Афганистане для печати запасных частей гораздо быстрее, чем для их закупки.

Защитные приложения для 3D-печати

Моделирование, тестовые образцы и прототипы

Аддитивное производство - идеальное решение для создания быстрых концептуальных моделей и прототипов, и оно широко используется в оборонной промышленности для быстрого изготовления прототипов без необходимости использования дорогостоящих инструментов. Концепции дизайна, а также валидационное тестирование могут выполняться намного быстрее, что сокращает цикл разработки продукта.

Запасные части, инструменты и обслуживание

Поскольку военное оборудование обычно хранится и используется в течение многих лет, оборонная промышленность в значительной степени полагается на запасные части и запасные части. В течение многих лет аутсорсинг был наиболее распространенным способом закупки этих деталей, поскольку тысячи запасных частей и инструментов для военной техники поставлялись сторонними компаниями. Здесь аддитивное производство становится жизнеспособным вариантом, поскольку оно способствует рентабельному и относительно быстрому производству деталей и инструментов по запросу. Многие корабли ВМС США имеют на борту 3D-принтеры, которые используются для замены деталей, помогая поддерживать стареющий флот без необходимости заказывать запасные части или возвращаться в порт.

Кроме того, такие технологии, как прямое нанесение энергии (DED) и аддитивное производство проволочной дуги (WAAM), уже широко используются для ремонта функционального военного оборудования. Благодаря этим технологиям изношенные поверхности лопаток турбин и другого высокотехнологичного оборудования можно восстанавливать и ремонтировать. Поскольку запасные части могут быстро закончиться, можно использовать методы 3D-сканирования для обратного проектирования доступной детали, которая затем может быть легко воспроизведена с помощью 3D-печати. ​​

Конструктивные элементы для систем защиты

Первый истребитель с компонентами, напечатанными на 3D-принтере, поднялся в воздух в 2013 году, и с тех пор стало ясно, что аддитивное производство может существенно повлиять на производство концевых деталей для военной техники. Оборонная промышленность в настоящее время еще более тщательно изучает возможности прямого аддитивного производства, поскольку эта технология может помочь снизить производственные затраты при производстве сложных легких компонентов в небольших объемах. Применения аддитивного производства здесь варьируются от сложных кронштейнов и небольших разведывательных дронов до компонентов реактивных двигателей и корпусов подводных лодок. В дополнение к этому, 3D-печатное оружие, такое как гранатометы, уже стало реальностью, а ракеты находятся в стадии разработки.

Проблемы

Гарантия качества

Хотя военные прототипы можно напечатать на 3D-принтере быстро и дешево, более широкое внедрение аддитивного производства для производства торцевых деталей по-прежнему сталкивается с рядом проблем.

Одной из основных проблем оборонной промышленности является обеспечение качества, поскольку все детали должны соответствовать строгим требованиям к рабочим характеристикам. Прежде чем аддитивное производство может быть в дальнейшем интегрировано в производство концевых деталей, военные должны быть уверены в воспроизводимости и точности производственного процесса AM. В настоящее время нет полностью определенных отраслевых стандартов для деталей, напечатанных на 3D-принтере, в оборонной промышленности. Крайне важно установить исчерпывающий набор стандартов для управления процессами 3D-печати и аттестации печатных деталей.

Тем не менее, министерство обороны США уже разработало дорожную карту аддитивного производства, которая призвана обеспечить еще более широкое внедрение этой технологии в вооруженных силах. Программное обеспечение автоматизации также будет иметь жизненно важное значение для обеспечения прозрачности и повторяемости этого процесса и обеспечения комплексного управления производством.

Отсутствие навыков

Хотя аддитивное производство использовалось в оборонной промышленности в течение ряда лет, как и в других отраслях, сохраняется пробел в навыках AM. Эта нехватка навыков мешает раскрыть весь потенциал 3D-печати для использования в военных целях. Дальнейшее обучение особенностям производства AM, проектированию для AM, техническому обслуживанию и управлению цепочкой поставок будет необходимо для продвижения более широкого использования аддитивного производства в вооруженных силах.

Цифровая безопасность

Если военные собираются использовать аддитивное производство для локализованного производства по требованию, жизненно важно обеспечить безопасность цифровых файлов САПР. Это потребует дополнительных мер цифровой безопасности, чтобы гарантировать невозможность доступа к файлам извне и обеспечить безопасность цифровых цепочек поставок.

Что дальше?

Поскольку 3D-печать может коренным образом изменить то, как детали Изготовлено и доставлено , это может иметь огромные последствия для будущего военной цепи поставок. Вместо того, чтобы оборонные подрядчики поставлять запасные части, структурные компоненты или оружие, в будущем они могли бы предоставлять только цифровые 3D-модели САПР, создавая цифровую цепочку поставок. Также может быть меньше запасов запасных частей, что снизит потребность в дорогостоящих складских расходах. Производство по запросу также может переместить производство ближе к полю боя или к месту необходимости. Использование локализованного оборудования для 3D-печати может ускорить доставку деталей, сократив затраты на логистику.

Аддитивное производство также может играть ключевую роль в военно-медицинском секторе, предоставляя индивидуальные имплантаты, протезы и медицинское оборудование на местах. Военные уже являются крупным инвестором в регенеративную медицину и биопечать с целью лечения травм на поле боя.

Оборонная промышленность также изучает возможности 3D-печати одежды и встроенной электроники. Аддитивное производство может позволить оборонной промышленности производить менее дорогую и более совершенную индивидуальную броню со встроенными средствами связи, датчиками и системами биомониторинга для солдат, обеспечивая большую гибкость и функциональность на поле боя. Используя струйную 3D-печать и токопроводящие чернила, военные инженеры могли печатать датчики непосредственно на оружии или одежде, добавляя больше функциональности, уменьшая размер и вес носимых датчиков. В будущем датчики можно будет даже печатать прямо на коже. Солдаты могли использовать их на поле боя для улавливания солнечной энергии и зарядки небольших электронных устройств.

Подводя итоги

Во все более сложной военной обстановке 3D-печать может удовлетворить ключевые потребности обороны. Быстрые, локализованные и гибкие производственные возможности, предлагаемые аддитивным производством, делают его идеальной технологией для отрасли, которая полагается на быстрые инновации и технологический прогресс. В конечном итоге аддитивное производство позволит более эффективно производить, ремонтировать и обслуживать военные системы и оборудование, а также приведет к беспрецедентному сдвигу в логистике и цепочках военных поставок.

Благодаря значительным инвестициям, направленным на разработку и сертификацию процессов и материалов для 3D-печати, будущее 3D-печати для мировых вооруженных сил, безусловно, выглядит радужным.