Femton tillämpningar av additiv tillverkning inom det nationella försvaret

Jul 05, 2022

Additiv tillverkningsteknik har alltid använts i stor utsträckning inom många områden, inklusive marin, flyg och fordon, med dess kraftfulla funktioner. Naturligtvis anammas det också alltmer av försvarsavdelningar runt om i världen. Faktum är att det förväntas att 2027 kommer värdet av den militära 3D-utskriftsindustrin att nå 1,7 miljarder US-dollar.

Med tanke på efterfrågan på snabbare hastighet, lägre vikt och lägre kostnad för militära produkter är det utan tvekan det mest lämpliga att välja additiv tillverkningsteknik för att uppnå dessa funktioner. Några fall av tillämpning av 3D-utskriftsteknik inom det nationella försvaret i olika länder runt om i världen är listade. Från dessa faktiska fall kan vi ytterligare se betydelsen av denna teknik i det nationella försvaret.

9-meterlång 3D-skrivare i metall

Den amerikanska militären är övertygad om fördelarna med additiv tillverkning och 2021 har de meddelat att de kommer att bygga världens största 3D-skrivare i metall. US DEVCOM Army Ground Vehicle System Center tillverkar denna gigantiska skrivare med hjälp av ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens och MELD Manufacturing Joint Manufacturing and Technology Center i Rock Island Arsenal. Den här skrivaren kommer att bli en del av det sömlösa karossprojektet, och den ultimata uppgiften är att skriva ut en integrerad kaross för vagnen. Det rapporteras att projektet förväntas ta cirka 14 månader, och den slutliga skrivaren kommer att kunna skriva ut metalldelar 30 fot långa, 20 fot breda och 12 fot höga (ca 9 meter×6 meter×3,6 meter). Även om vi inte har några nyheter i detta avseende nyligen, kommer projektet sannolikt att slutföras inom en snar framtid.

3D-utskriftsbana

En annan applikation inom det militära och nationella försvaret kommer från ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Company), som använder additiv tillverkning för att utveckla en bana för en militär expeditionsflygplats. Dessa landningsmattor är en viktig del av Expeditionary Airport (EAF). Deras funktion är att implementeras på svagare mark för att tillåta militära flygplan att landa och starta. Innan dess användes en bärbar bana gjord av aluminiumplåt, men eftersom den blev föråldrad behövde armén hitta en innovativ lösning. M290 3D-skrivaren från det tyska företaget EOS används för att göra lättare och mer hållbara modeller för det amerikanska flygvapnets militärutrustning.

ExOne och dess militära pod

För att påskynda utvecklingen av en kraftfull och robust fabrik för 3D-utskrift, deltog ExOne i implementeringen av denna uppgift efter att ha arbetat med flera partners. Specifikt handlar det om ett kontrakt på 1,6 miljoner Defense Logistics Agency (DLA). I denna process används ExOnes Binderjet-teknik för militära ändamål på grund av dess snabba hastighet, flexibla material och enkla manövrering, som väl kan möta militärens nyckelbehov. Denna 3D-skrivare designad för militären sägs kunna spraya lim och mer än 20 sorters metaller, keramik och andra pulverformiga material. Dessutom sägs det att det unika huset och andra funktioner gör den mycket lämplig för produkter av militär kvalitet.

3D-utskriftsverktyg för den amerikanska flottan

Den amerikanska flottan använder också additiv tillverkning, och deras marinkår har upptäckt 3D-utskrifts förmåga att utveckla nya verktyg för fordonsunderhåll. Marine Corps Systems Command arbetar med försörjningsbataljoner och industripartners för att producera additiv tillverkningsfixturer för att ta bort rattar från metall genom 3D-utskriftsteknik. Detta är ett problem som ofta måste lösas vid underhåll av marinfordon. Additiv tillverkning kan bidra till att minska underhålls- och förberedelsetiden för verktyg och kan minska den faktiska väntetiden för sådana delar till cirka 25 dagar.

Samarbete mellan den amerikanska armén och University of South Florida för att utveckla lätt magnesiumlegering

När det gäller skälen till 3D-utskriftsteknik samarbetar den amerikanska armén förutom regelbundet samarbete med närstående företag också med några universitet. Nyligen har forskare vid University of Central Florida framgångsrikt 3D-skrivit en magnesiumlegering kallad WE43. Det rapporteras att utvecklingen av detta material av forskare inte är en slump, utan av militärens behov. Amerikanska soldater måste ofta tvingas bära extremt tunga väskor och utrustning, så det är mycket nödvändigt att minska deras vikt. Men med hjälp av WE43 och pulverlaserfusionsteknik kan den amerikanska armén och University of Central Florida ha hittat en lösning.

3D-utskrift av fartygets propeller

Under de senaste åren har det berömda franska företaget Naval Group använt 3D-utskriftsteknik för att möta olika behov. I januari 2021, tack vare WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) additiv tillverkningsprocess, har NavalGroup 3D-printat propellern. Propellern består av fem 200 kg blad och installeras sedan på Andromeda, ett mindetektionsfartyg. Teamet bakom projektet förklarade att de genom att använda 3D-utskriftsteknik minskade byggtiden avsevärt och minimerade mängden material som användes.

Det spanska flygvapnet uppgraderade sin process genom 3D-utskrift

Additiv tillverkning kan hjälpa delar att uppnå hög hårdhet, hög hållfasthet och andra utmärkta egenskaper. Genom intern fiberförstärkning har forskare utvecklat olika verktyg och terminaldelar som klarar de hårda prestandaförhållanden som krävs när komponenterna utsätts för mycket stora krafter utan några fel. I Madrid sa chefen för det spanska flygvapnets helikopterverkstad att de nu försöker tillverka varje del genom additiv tillverkning och undvika traditionell tillverkning. Dessa komponenter inkluderar läckagekontrollmätverktyg för helikopterlandningsställ eller anpassade nycklar för helikopterhuvudrotorer.

General Lattice och dess hjälmar designade för den amerikanska armén

GeneralLattice, ett mjukvaruföretag för 3D-design, och den amerikanska armén undertecknade ett kontrakt för att förbättra slagdämpningsförmågan hos arméns stridshjälmar genom 3D-utskrift och avancerad rutnätsgeometri. För detta projekt utvecklade företaget en uppsättning prediktiva modelleringsverktyg för att designa och generera hjälmmaterial. För att förbättra skyddet av soldater på slagfältet och möjligheten att överleva efter huvudkollision, kommer 3D-tryckta material att testas i en verklig miljö för att verifiera prestandakraven för utvecklingskommandosoldatcentret.

Reservdelar i stridsbepansrade fordon

Den australiska armén använde den kallsprutande 3D-utskriftslösningen som utvecklats av SPEE3D för att designa mer än ett dussin reservdelar till ett av sina pansarfordon. Dessa komponenter har klarat många fältanvändningstester och certifieringar, vilket har förbättrat den australiensiska arméns smidighet. Till exempel inkluderar de tryckta komponenterna ett hjulskydd som bara tog 29 minuter att tillverka, och den totala kostnaden är 100 australiska dollar. Maskinen som används i detta fall är WarpSPEE3D, som har en utskriftsvolym på 1000 x 700 mm och en hastighet på 1 kg per minut. Genom införandet av additiv tillverkningsteknik kan armén minska stilleståndstiden för pansarfordon och därmed bättre svara på nödsituationer.

US Navy och Additive Manufacturing

Under årens lopp har den amerikanska flottan arbetat med flera additiv tillverkningsprojekt. Målet är att förbättra smidigheten och effektiviteten hos teamet som utför uppgifter i havet, särskilt vid tillverkning av reservdelar. Det är därför Naval Postgraduate School (NPS) investerade i Xerox ElemX metallmaskiner. De använde denna utrustning för att designa reservdelar och verktyg för ubåtar och fartyg, vilket gjorde att Xerox kunde ha en kortare leveranskedja och tillverka skräddarsydda komponenter. NPS är inte det enda företaget som lanserar 3D-printprojekt inom det maritima området. Faktum är att MatterHackers har tecknat ett 5-årskontrakt med den amerikanska flottan för att tillhandahålla all 3D-utrustning den behöver, såväl som utbildningar och underhåll.

Framtida energiprojekt

Future Energy-projektet från Storbritannien arbetar inom områdena forskning, explosiv testning, ny energitillverkning, explosionsmodellering, kemisk syntes, termisk karakterisering och farotestning. Målet med projektet är att skapa nya energihaltiga material och diagnostiska metoder för att verifiera nya material. Additiv tillverkning kommer att användas för att utveckla nya explosiva formuleringar, som ger potentiella användare många fördelar, inklusive minskade lagrings- och transportkostnader och förbättrad prestanda. Kostnaden kan anpassas exakt efter behov och tillverkas i en ny och komplex design, vilket tidigare var otänkbart. Tillverkningsprocessen använder en LabRam resonans akustisk mixer, som använder ljudenergi istället för fysiska blad för att blanda material, vilket gör processen säkrare.

Astro America utvecklar 3D-printad vagnskropp

The Applied Science and Technology Research Organisation, även känd som ASTRO America, har valts ut av den amerikanska armén för det sömlösa skrovprojektet. Programmet stöds av Manufacturing Innovation Institute, som drar nytta av det amerikanska försvarsdepartementet, och är en del av ett försök att utveckla och leverera verktyg för stridsfordon med hjälp av 3D-utskrift. De hoppas kunna minska tillverkningstiden och minska produktionskostnaderna, samtidigt som fordonets vikt minskar och dess prestanda och överlevnadsförmåga förbättras.

3D-utskrift baracker

ICON, ett 3D-byggföretag, är känt för sina projekt som involverar militären. För detta ändamål samarbetade det Austin-baserade företaget med Texas Department of Military Affairs, Logan Architecture och Fort Structures för att skapa den största 3D-utskrivna strukturen i Nordamerika: träningslägret vid Swift Camp Training Center i Bastrop, Texas. Med hjälp av ICONs Vulcan-byggnadssystem, en robotskrivare som drivs av en surfplatta som kan använda cementbaserade material, byggde företaget och militären framgångsrikt det första 3D-printade militärlägret för soldater att bo i. Den sista byggnaden inkluderar en 3,{ {7}}kvadratfotsbyggnad som kan rymma upp till 72 soldater eller piloter och förbereda sig för deras nästa uppdrag.

3D-utskrift ubåtsskrov

Under årens lopp har försvarsdepartementet hittat sätt att tillämpa 3D-utskrift på många fält – på marken, i luften och till sjöss. Faktum är att detta senaste projekt från den amerikanska militären utforskar ett relativt okänt område för 3D-utskrift: havsbotten. Under 2017 samarbetade Oak Ridge National Laboratory (ORNL) med US Navy's Disruptive Technology Laboratory för detta nya försök, och hjälpte till att skapa det första 3D-printade ubåtsskrovet i militärhistorien. Genom att använda ORNL:s FDM-teknik för additiv tillverkning (BAAM) producerade teamet ett 30-fotskrov med 6 kolfiberkompositdelar. Jämfört med traditionella tillverkningsmetoder är dess produktionshastighet snabbare och kostnaden lägre. Även om det fortfarande testas finns det tecken på att fler 3D-printade ubåtar kommer att dyka ner i havet snart i framtiden.

University of Maine utvecklar ett logistikstödsfartyg för US Marine Corps

I mars i år skrev University of Maine (UMaine) 3D ut två nya storskaliga fartyg vid sitt Advanced Structure and Composite Materials Center i Orono, varav ett sägs vara det största fartyget för tillverkning av additiv tillverkning som någonsin byggts. Det är underförstått att de två prototypfartygen utvecklades för United States Marine Corps, designade som logistikstödsfartyg, och kommer att testas för fältanvändning av de väpnade styrkorna. Den större kan bära två 20-fotscontainrar, medan den andra kan transportera mat, vatten och andra förnödenheter till hela gevärskåren under en period av tre dagar. Båda nya fartygen är 3D-printade med en multimaterialblandning av polymerbaserade fiberförstärkta kompositmaterial. Enligt UMaine kunde man tillverka och montera ett av fartygen på bara en månad. Om traditionella tillverkningsmetoder används kommer denna process att ta upp till ett år.