Vijftien toepassingen van additieve productie op het gebied van nationale defensie

Jul 05, 2022

Additieve fabricagetechnologie is altijd al op grote schaal gebruikt op veel gebieden, waaronder de scheepvaart, ruimtevaart en auto-industrie, met zijn krachtige functies. Natuurlijk wordt het ook steeds meer overgenomen door defensieafdelingen over de hele wereld. Er wordt zelfs verwacht dat de waarde van de militaire 3D-printindustrie tegen 2027 1,7 miljard dollar zal bedragen.

Gezien de vraag naar hogere snelheden, een lager gewicht en lagere kosten van militaire producten, is het ongetwijfeld het meest geschikt om additive manufacturing-technologie te kiezen om deze functies te bereiken. Enkele voorbeelden van de toepassing van 3D-printtechnologie op het gebied van nationale defensie in verschillende landen over de hele wereld worden opgesomd. Uit deze feitelijke gevallen kunnen we verder het belang van deze technologie in de nationale defensie zien.

9-meter lange metalen 3D-printer

Het Amerikaanse leger is overtuigd van de voordelen van additive manufacturing en heeft aangekondigd in 2021 de grootste metalen 3D-printer ter wereld te gaan bouwen. Het US DEVCOM Army Ground Vehicle System Center produceert deze gigantische printer met de hulp van ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens en het MELD Manufacturing Joint Manufacturing and Technology Center in Rock Island Arsenal. Deze printer wordt onderdeel van het naadloze carrosserieproject en de uiteindelijke taak is het printen van een geïntegreerde carrosserie voor de strijdwagen. Naar verluidt zal het project naar verwachting ongeveer 14 maanden in beslag nemen en zal de uiteindelijke printer metalen onderdelen van 30 voet lang, 20 voet breed en 12 voet hoog (ongeveer 9 meter x 6 meter x 3,6 meter) kunnen printen. Hoewel we hierover de laatste tijd geen nieuws hebben, zal het project waarschijnlijk in de nabije toekomst worden voltooid.

3D-printbaan

Een andere toepassing op het gebied van militaire en nationale defensie is afkomstig van ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Company), dat additive manufacturing gebruikt om een landingsbaan te ontwikkelen voor een militaire expeditieluchthaven. Deze baanmatten zijn een belangrijk onderdeel van de Expeditionary Airport (EAF). Hun functie is om op zwakkere grond te worden geïmplementeerd om militaire vliegtuigen te laten landen en opstijgen. Daarvoor werd een draagbare landingsbaan van aluminiumplaat gebruikt, maar toen deze verouderd raakte, moest het leger een innovatieve oplossing vinden. De M290 3D-printer van het Duitse bedrijf EOS wordt gebruikt om lichtere en duurzamere modellen te maken voor de militaire uitrusting van de Amerikaanse luchtmacht.

ExOne en zijn militaire pod

Om de ontwikkeling van een krachtige en robuuste 3D-printfabriekspod te versnellen, nam ExOne deel aan de uitvoering van deze taak na samenwerking met meerdere partners. Concreet gaat het om een contract van 1,6 miljoen Defence Logistics Agency (DLA). In dit proces wordt de Binderjet-technologie van ExOne gebruikt voor militaire doeleinden vanwege de hoge snelheid, flexibele materialen en bedieningsgemak, die goed kan voldoen aan de belangrijkste behoeften van het leger. Deze 3D-printer, ontworpen voor het leger, zou lijm en meer dan 20 soorten metalen, keramiek en andere poedervormige materialen kunnen spuiten. Daarnaast wordt gezegd dat de unieke behuizing en andere functies hem zeer geschikt maken voor producten van militaire kwaliteit.

3D-printtools voor de Amerikaanse marine

De Amerikaanse marine maakt ook gebruik van additive manufacturing en hun marinekorps heeft de mogelijkheid ontdekt van 3D-printen om nieuwe tools voor voertuigonderhoud te ontwikkelen. Het Marine Corps Systems Command werkt samen met bevoorradingsbataljons en industriepartners om armaturen voor additive manufacturing te produceren voor het verwijderen van stuurwielen van metaal door middel van 3D-printtechnologie. Dit is een probleem dat vaak moet worden opgelost bij het onderhoud van marinevoertuigen. Additieve fabricage kan helpen de tijd voor onderhoud en gereedschapsvoorbereiding te verkorten en kan de daadwerkelijke wachttijd voor dergelijke onderdelen terugbrengen tot ongeveer 25 dagen.

Samenwerking tussen het Amerikaanse leger en de Universiteit van Zuid-Florida om een lichte magnesiumlegering te ontwikkelen

Wat de redenen voor 3D-printtechnologie betreft, werkt het Amerikaanse leger naast de reguliere samenwerking met gerelateerde bedrijven ook samen met enkele universiteiten. Onlangs hebben wetenschappers van de University of Central Florida met succes een magnesiumlegering met de naam WE43 in 3D geprint. Naar verluidt is de ontwikkeling van dit materiaal door onderzoekers geen toeval, maar komt het voort uit de behoeften van het leger. Amerikaanse soldaten moeten vaak worden gedwongen extreem zware tassen en uitrusting te dragen, dus het is zeer noodzakelijk om hun gewicht te verminderen. Met behulp van WE43 en poederlaserfusietechnologie hebben het Amerikaanse leger en de University of Central Florida mogelijk een oplossing gevonden.

3D printen van de propeller van het schip

De afgelopen jaren heeft het beroemde Franse bedrijf Naval Group 3D-printtechnologie gebruikt om aan verschillende behoeften te voldoen. In januari 2021 heeft NavalGroup, dankzij het WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) additive manufacturing proces, de propeller 3D geprint. De propeller bestaat uit vijf bladen van 200 kg en wordt vervolgens geïnstalleerd op de Andromeda, een mijnenopsporingsschip. Het team achter het project legde uit dat ze door het gebruik van 3D-printtechnologie de bouwtijd aanzienlijk verkortten en de hoeveelheid gebruikte materialen minimaliseerden.

De Spaanse luchtmacht heeft haar proces geüpgraded door middel van 3D-printen

Additieve fabricage kan onderdelen helpen een hoge hardheid, hoge sterkte en andere uitstekende eigenschappen te bereiken. Door interne vezelversterking hebben onderzoekers verschillende gereedschappen en terminalonderdelen ontwikkeld die bestand zijn tegen de zware prestatieomstandigheden die vereist zijn wanneer de componenten worden blootgesteld aan zeer grote krachten zonder enige fouten. In Madrid zei het hoofd van de helikopterwerkplaats van de Spaanse luchtmacht dat ze nu elk onderdeel proberen te vervaardigen door middel van additive manufacturing en traditionele fabricage vermijden. Deze componenten omvatten meetinstrumenten voor lekcontrole voor het landingsgestel van helikopters of aangepaste sleutels voor de hoofdrotors van helikopters.

General Lattice en zijn helmen ontworpen voor het Amerikaanse leger

GeneralLattice, een softwarebedrijf voor 3D-ontwerp, en het Amerikaanse leger hebben een contract getekend om de impactabsorptiecapaciteit van legergevechtshelmen te verbeteren door middel van 3D-printen en geavanceerde rastergeometrie. Voor dit project ontwikkelde het bedrijf een set voorspellende modelleringstools om helmmaterialen te ontwerpen en te genereren. Om de bescherming van soldaten op het slagveld en de mogelijkheid om te overleven na een botsing met het hoofd te verbeteren, zullen 3D-geprinte materialen in een echte omgeving worden getest om de prestatie-eisen van het ontwikkelingscommando-soldatencentrum te verifiëren.

Reserveonderdelen in gepantserde gevechtsvoertuigen

Het Australische leger gebruikte de door SPEE3D ontwikkelde koudspuitende 3D-printoplossing om meer dan een dozijn reserveonderdelen voor een van zijn gepantserde voertuigen te ontwerpen. Deze componenten hebben vele praktijktests en certificeringen doorstaan, waardoor de behendigheid van het Australische leger is verbeterd. De geprinte onderdelen bevatten bijvoorbeeld een wieldop die slechts 29 minuten kostte om te maken, en de totale kosten bedragen 100 Australische dollar. De machine die in dit geval wordt gebruikt, is WarpSPEE3D, met een afdrukvolume van 1000 x 700 mm en een snelheid van 1 kg per minuut. Door de introductie van additive manufacturing-technologie kan het leger de stilstand van gepantserde voertuigen verminderen en zo beter reageren op noodsituaties.

Amerikaanse marine en additieve productie

In de loop der jaren heeft de Amerikaanse marine aan meerdere additive manufacturing-projecten gewerkt. Het doel is om de behendigheid en efficiëntie te verbeteren van het team dat taken in de oceaan uitvoert, met name bij de fabricage van reserveonderdelen. Daarom investeerde de Naval Postgraduate School (NPS) in Xerox ElemX metaalmachines. Ze gebruikten deze apparatuur om reserveonderdelen en gereedschappen voor onderzeeërs en schepen te ontwerpen, waardoor Xerox een kortere toeleveringsketen had en op maat gemaakte componenten kon produceren. NPS is niet het enige bedrijf dat 3D-printprojecten op maritiem gebied lanceert. MatterHackers heeft zelfs een 5-jaarcontract getekend met de Amerikaanse marine om alle benodigde 3D-apparatuur te leveren, evenals trainingen en onderhoud.

Toekomstige energieprojecten

Het Future Energy-project uit het VK werkt op het gebied van onderzoek, testen van explosieven, nieuwe energieproductie, explosiemodellering, chemische synthese, thermische karakterisering en gevarentesten. Het doel van het project is om nieuwe energiebevattende materialen en diagnostische methoden te creëren om nieuwe materialen te verifiëren. Additive manufacturing zal worden gebruikt om nieuwe explosieve formuleringen te ontwikkelen, die potentiële gebruikers veel voordelen bieden, waaronder lagere opslag- en transportkosten en verbeterde prestaties. De kosten kunnen precies worden aangepast aan de vereisten en worden vervaardigd in een nieuw en complex ontwerp, wat voorheen ondenkbaar was. Het fabricageproces maakt gebruik van een LabRam akoestische resonantiemixer, die geluidsenergie gebruikt in plaats van fysieke bladen om materialen te mengen, waardoor het proces veiliger wordt.

Astro America ontwikkelt een 3D-geprint wagenlichaam

De Applied Science and Technology Research Organization, ook bekend als ASTRO America, is door het Amerikaanse leger geselecteerd voor het naadloze rompproject. Het programma wordt ondersteund door het Manufacturing Innovation Institute, dat profiteert van het Amerikaanse ministerie van Defensie, en maakt deel uit van een poging om tools voor de romp van gevechtsvoertuigen te ontwikkelen en te leveren met behulp van 3D-printen. Ze hopen de productietijd te verkorten en de productiekosten te verlagen, terwijl ze het gewicht van het voertuig verminderen en de prestaties en overlevingskansen verbeteren.

3D-printing kazerne

ICON, een 3D-constructiebedrijf, staat bekend om zijn projecten waarbij het leger betrokken is. Daartoe werkte het in Austin gevestigde bedrijf samen met het Texas Department of Military Affairs, Logan Architecture en Fort Structures om het grootste 3D-geprinte bouwwerk in Noord-Amerika te creëren: het trainingskamp in het Swift Camp Training Center in Bastrop, Texas. Met behulp van het Vulcan-bouwsysteem van ICON, een robotprinter die wordt bediend door een tabletcomputer die materialen op basis van cement kan gebruiken, hebben het bedrijf en het leger met succes het eerste 3D-geprinte militaire kamp gebouwd waar soldaten in kunnen wonen. {7}}gebouw van een vierkante meter dat plaats biedt aan maximaal 72 soldaten of piloten die zich kunnen voorbereiden op hun volgende missie.

3D printen onderzeeër romp

Defensie heeft door de jaren heen manieren gevonden om 3D-printen op veel gebieden toe te passen: op de grond, in de lucht en op zee. In feite verkent dit nieuwste project van het Amerikaanse leger een relatief onbekend gebied van 3D-printen: de zeebodem. In 2017 werkte het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) samen met het Disruptive Technology Laboratory van de Amerikaanse marine voor deze nieuwe poging en hielp het bij het creëren van de eerste 3D-geprinte onderzeeërromp in de militaire geschiedenis. Door gebruik te maken van de FDM-technologie voor grootschalige additive manufacturing (BAAM) van ORNL, produceerde het team een 30-voetconstructie met zes onderdelen van koolstofvezelcomposiet. In vergelijking met traditionele productiemethoden is de productiesnelheid sneller en zijn de kosten lager. Hoewel het nog steeds wordt getest, zijn er tekenen dat er in de toekomst meer 3D-geprinte onderzeeërs in de oceaan zullen duiken.

De Universiteit van Maine ontwikkelt een logistiek ondersteuningsschip voor het Amerikaanse Korps Mariniers

In maart van dit jaar heeft de University of Maine (UMaine) twee nieuwe grootschalige schepen in 3D geprint in het Advanced Structure and Composite Materials Center in Orono, waarvan er één naar verluidt het grootste additive manufacturing-schip is dat ooit is gebouwd. Het is duidelijk dat de twee prototypeschepen zijn ontwikkeld voor het Amerikaanse Korps Mariniers, ontworpen als logistieke ondersteuningsschepen, en zullen worden getest voor gebruik in het veld door de strijdkrachten. De grotere kan twee 20-voetzeecontainers vervoeren, terwijl de andere gedurende drie dagen voedsel, water en andere voorraden voor de hele geweerploeg kan vervoeren. Beide nieuwe schepen zijn 3D-geprint met een multimateriaalmengsel van op polymeer gebaseerde vezelversterkte composietmaterialen. Volgens UMaine was het in staat om een van de schepen in slechts één maand te vervaardigen en te assembleren. Als traditionele fabricagemethoden worden gebruikt, duurt dit proces maximaal een jaar.