خمسة عشر تطبيقًا لتصنيع المواد المضافة في مجال الدفاع الوطني

لطالما استخدمت تقنية التصنيع المضافة على نطاق واسع في العديد من المجالات ، بما في ذلك البحرية والفضائية والسيارات ، مع وظائفها القوية. بالطبع ، يتم اعتماده بشكل متزايد من قبل وزارات الدفاع في جميع أنحاء العالم. في الواقع ، من المتوقع أن تصل قيمة صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد العسكرية بحلول عام 2027 إلى 1.7 مليار دولار أمريكي.

بالنظر إلى الطلب على سرعة أسرع وأخف وزنًا وتكلفة أقل للمنتجات العسكرية ، فمن الأنسب بلا شك اختيار تقنية التصنيع المضافة لتحقيق هذه الوظائف. يتم سرد بعض حالات تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الدفاع الوطني في مختلف البلدان حول العالم. من هذه الحالات الفعلية ، يمكننا أن نرى أهمية هذه التكنولوجيا في الدفاع الوطني.

01

طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية بطول 9- متر

الجيش الأمريكي مقتنع بفوائد التصنيع الإضافي ، وفي عام 2021 أعلنوا أنهم سيقومون ببناء أكبر طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد في العالم. يقوم مركز نظام المركبات الأرضية التابع للجيش الأمريكي DEVCOM بتصنيع هذه الطابعة العملاقة بمساعدة ASTRO America و Ingersoll Machine Tool و Siemens ومركز التصنيع والتكنولوجيا المشترك MELD Manufacturing and Technology Center في Rock Island Arsenal. ستصبح هذه الطابعة جزءًا من مشروع الهيكل السلس ، والمهمة النهائية هي طباعة جسم متكامل للعربة. يُذكر أنه من المتوقع أن يستغرق المشروع حوالي 14 شهرًا ، وستكون الطابعة النهائية قادرة على طباعة الأجزاء المعدنية بطول 30 قدمًا وعرض 20 قدمًا وارتفاع 12 قدمًا (حوالي 9 أمتار × 6 أمتار × 3.6 مترًا). على الرغم من عدم وجود أخبار في هذا الصدد مؤخرًا ، فمن المحتمل أن يتم الانتهاء من المشروع في المستقبل القريب.

02

مدرج للطباعة ثلاثية الأبعاد

تطبيق آخر في مجالات الدفاع العسكري والوطني يأتي من ITAMCO (شركة إنديانا للتكنولوجيا والتصنيع) ، والتي تستخدم التصنيع الإضافي لتطوير مدرج لمطار الرحلات العسكرية. تعتبر حصائر المدرج جزءًا مهمًا من مطار الرحلات الاستكشافية (EAF). وتتمثل مهمتها في أن تنفذ على أرض أضعف للسماح للطائرات العسكرية بالهبوط والإقلاع. قبل ذلك ، تم استخدام مدرج محمول مصنوع من صفائح الألمنيوم ، ولكن مع تقادمه ، كان الجيش بحاجة إلى إيجاد حل مبتكر. تُستخدم طابعة M 290 3 D التابعة لشركة EOS الألمانية في صنع نماذج أخف وزنا وأكثر متانة للمعدات العسكرية لسلاح الجو الأمريكي.

03

ExOne وجرابها العسكري

من أجل تسريع عملية تطوير وحدة طباعة ثلاثية الأبعاد قوية وعرة ، شاركت ExOne في تنفيذ هذه المهمة بعد العمل مع شركاء متعددين. على وجه التحديد ، يتضمن عقد وكالة لوجستيات الدفاع (DLA) بقيمة 1.6 مليون. في هذه العملية ، تُستخدم تقنية Binderjet من ExOne للأغراض العسكرية نظرًا لسرعتها العالية وموادها المرنة وسهولة تشغيلها ، والتي يمكنها تلبية الاحتياجات الأساسية للجيش. يقال إن هذه الطابعة ثلاثية الأبعاد المصممة للجيش قادرة على رش المواد اللاصقة وأكثر من 20 نوعًا من المعادن والسيراميك ومواد المسحوق الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يُقال أن السكن الفريد والوظائف الأخرى تجعله مناسبًا جدًا للمنتجات ذات الدرجة العسكرية.

04

أدوات الطباعة ثلاثية الأبعاد للبحرية الأمريكية

تستخدم البحرية الأمريكية أيضًا التصنيع الإضافي ، وقد اكتشف سلاح مشاة البحرية الخاص بهم القدرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد لتطوير أدوات جديدة لصيانة المركبات. تعمل قيادة أنظمة مشاة البحرية مع كتائب الإمداد وشركاء الصناعة لإنتاج تركيبات تصنيع مضافة لإزالة عجلات التوجيه من المعدن من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. هذه مشكلة غالبًا ما تحتاج إلى حل في صيانة المركبات البحرية. يمكن أن يساعد التصنيع الإضافي في تقليل وقت الصيانة وإعداد الأدوات ، ويمكن أن يقلل وقت الانتظار الفعلي لهذه الأجزاء إلى حوالي 25 يومًا.

05

تعاون بين الجيش الأمريكي وجامعة جنوب فلوريدا لتطوير سبائك المغنيسيوم الخفيفة

فيما يتعلق بأسباب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بالإضافة إلى التعاون المنتظم مع الشركات ذات الصلة ، يتعاون الجيش الأمريكي أيضًا مع بعض الجامعات. في الآونة الأخيرة ، نجح العلماء في جامعة سنترال فلوريدا في طباعة سبيكة مغنيسيوم ثلاثية الأبعاد تسمى WE43. يُذكر أن تطوير الباحثين لهذه المادة ليس مصادفة ، بل من احتياجات الجيش. غالبًا ما يضطر الجنود الأمريكيون إلى حمل حقائب ومعدات ثقيلة للغاية ، لذلك من الضروري جدًا تقليل وزنهم. ومع ذلك ، بمساعدة WE43 وتكنولوجيا الاندماج بالليزر المسحوق ، ربما يكون الجيش الأمريكي وجامعة سنترال فلوريدا قد وجدا حلاً.

06

طباعة ثلاثية الأبعاد لمروحة السفينة

في السنوات الأخيرة ، استخدمت الشركة الفرنسية الشهيرة Naval Group تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتلبية الاحتياجات المختلفة. في يناير 2021 ، بفضل عملية التصنيع المضافة WAAM (تصنيع مضافات القوس السلكي) ، قامت NavalGroup بطباعة المروحة ثلاثية الأبعاد. تتكون المروحة من خمس شفرات 200 كجم ثم يتم تركيبها على أندروميدا ، وهي سفينة للكشف عن الألغام. أوضح الفريق المسؤول عن المشروع أنه باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، فقد قللوا بشكل كبير من وقت البناء وقللوا من كمية المواد المستخدمة.

07

قامت القوات الجوية الإسبانية بتحديث عمليتها من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد

يمكن أن يساعد التصنيع الإضافي الأجزاء في تحقيق صلابة عالية وقوة عالية وخصائص ممتازة أخرى. من خلال التعزيز الداخلي للألياف ، طور الباحثون أدوات مختلفة وأجزاء طرفية يمكنها تحمل ظروف الأداء القاسية المطلوبة عندما تتعرض المكونات لقوى كبيرة جدًا دون أي أخطاء. في مدريد ، قال رئيس ورشة طائرات الهليكوبتر التابعة للقوات الجوية الإسبانية إنهم يحاولون الآن تصنيع كل جزء من خلال التصنيع الإضافي وتجنب التصنيع التقليدي. تشمل هذه المكونات أدوات قياس التحكم في التسرب لمعدات هبوط المروحيات أو المفاتيح المخصصة للدوارات الرئيسية للمروحية.

08

جنرال لاتيس وخوذاتها مصممة للجيش الأمريكي

وقعت شركة GeneralLattice ، وهي شركة برمجيات تصميم ثلاثية الأبعاد ، والجيش الأمريكي عقدًا لتحسين قدرة امتصاص الصدمات لخوذات الجيش القتالية من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد وهندسة الشبكة المتقدمة. بالنسبة لهذا المشروع ، طورت الشركة مجموعة من أدوات النمذجة التنبؤية لتصميم وتوليد مواد الخوذة. من أجل تحسين حماية الجنود في ساحة المعركة وإمكانية البقاء على قيد الحياة بعد اصطدام الرأس ، سيتم اختبار المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد في بيئة حقيقية للتحقق من متطلبات أداء مركز قيادة التطوير.

09

قطع غيار في المركبات المدرعة القتالية

استخدم الجيش الأسترالي حل الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرش البارد الذي طورته شركة SPEE3D لتصميم أكثر من اثني عشر قطعة غيار لإحدى مركباته المدرعة. لقد اجتازت هذه المكونات العديد من اختبارات الاستخدام الميداني والشهادات ، مما أدى إلى تحسين خفة الحركة للجيش الأسترالي. على سبيل المثال ، تشتمل المكونات المطبوعة على غطاء عجلة استغرق صنعه 29 دقيقة فقط ، والتكلفة الإجمالية 100 دولار أسترالي. الآلة المستخدمة في هذه الحالة هي WarpSPEE3D ، والتي يبلغ حجم الطباعة 1000 × 700 مم وسرعة 1 كجم في الدقيقة. من خلال إدخال تقنية التصنيع المضافة ، يمكن للجيش تقليل وقت تعطل المركبات المدرعة وبالتالي الاستجابة بشكل أفضل لحالات الطوارئ.

10

البحرية الأمريكية والتصنيع الإضافي

على مر السنين ، عملت البحرية الأمريكية في العديد من مشاريع التصنيع المضافة. الهدف هو تحسين خفة الحركة وكفاءة الفريق الذي يؤدي المهام في المحيط ، وخاصة في تصنيع قطع الغيار. هذا هو السبب في أن مدرسة الدراسات العليا البحرية (NPS) تستثمر في ماكينات Xerox ElemX المعدنية. استخدموا هذه المعدات لتصميم قطع غيار وأدوات للغواصات والسفن ، مما سمح لشركة Xerox بأن يكون لها سلسلة إمداد أقصر وتصنيع مكونات مخصصة. إن NPS ليست الشركة الوحيدة التي أطلقت مشاريع الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال البحري. في الواقع ، وقعت شركة MatterHackers عقدًا مدته 5- عام مع البحرية الأمريكية لتوفير جميع المعدات ثلاثية الأبعاد التي تحتاجها ، بالإضافة إلى الدورات التدريبية والصيانة.

11

مشاريع الطاقة المستقبلية

يعمل مشروع الطاقة المستقبلية من المملكة المتحدة في مجالات البحث واختبار المتفجرات وتصنيع الطاقة الجديدة ونمذجة الانفجار والتوليف الكيميائي والتوصيف الحراري واختبار المخاطر. الهدف من المشروع هو إنشاء مواد جديدة تحتوي على الطاقة وطرق تشخيص للتحقق من المواد الجديدة. سيتم استخدام التصنيع الإضافي لتطوير تركيبات متفجرة جديدة ، والتي تزود المستخدمين المحتملين بالعديد من الفوائد ، بما في ذلك تقليل تكاليف التخزين والنقل وتحسين الأداء. يمكن تخصيص التكلفة بدقة وفقًا للمتطلبات وتصنيعها في تصميم جديد ومعقد ، وهو ما لم يكن من الممكن تصوره في السابق. تستخدم عملية التصنيع الخلاط الصوتي بالرنين LabRam ، والذي يستخدم الطاقة الصوتية بدلاً من الشفرات المادية لخلط المواد ، مما يجعل العملية أكثر أمانًا.

12

تطور Astro America جسم عربة مطبوع ثلاثي الأبعاد

تم اختيار منظمة أبحاث العلوم التطبيقية والتكنولوجيا ، المعروفة أيضًا باسم ASTRO America ، من قبل الجيش الأمريكي لمشروع الهيكل السلس. البرنامج مدعوم من معهد ابتكار التصنيع ، الذي يستفيد من وزارة الدفاع الأمريكية ، وهو جزء من جهد لتطوير وتقديم أدوات هيكل المركبات القتالية باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. إنهم يأملون في تقليل وقت التصنيع وتقليل تكاليف الإنتاج ، مع تقليل وزن السيارة وتحسين أدائها وقدرتها على البقاء.

13

ثكنات طباعة ثلاثية الأبعاد

ICON ، شركة إنشاءات ثلاثية الأبعاد ، معروفة بمشاريعها التي يشارك فيها الجيش. تحقيقا لهذه الغاية ، تعاونت الشركة التي تتخذ من أوستن مقرا لها مع وزارة الشؤون العسكرية في تكساس ، و Logan Architecture ، و Fort Structures لإنشاء أكبر هيكل مطبوع ثلاثي الأبعاد في أمريكا الشمالية: المعسكر التدريبي في مركز تدريب Swift Camp في باستروب ، تكساس. باستخدام نظام Vulcan للبناء من ICON ، وهي طابعة آلية يتم تشغيلها بواسطة كمبيوتر لوحي يمكنه استخدام مواد قائمة على الأسمنت ، نجحت الشركة والجيش في بناء أول معسكر عسكري مطبوع ثلاثي الأبعاد للجنود للعيش فيه. يشتمل المبنى النهائي على 3 ، { مبنى تبلغ مساحته {7}} قدمًا مربعًا يمكنه استيعاب ما يصل إلى 72 جنديًا أو طيارًا والاستعداد لمهمتهم التالية.

14

3D الطباعة بدن الغواصة

على مر السنين ، وجدت وزارة الدفاع طرقًا لتطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في العديد من المجالات - على الأرض وفي الجو وفي البحر. في الواقع ، يستكشف هذا المشروع الأخير للجيش الأمريكي منطقة غير معروفة نسبيًا للطباعة ثلاثية الأبعاد: قاع البحر. في عام 2017 ، تعاون مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) مع مختبر التكنولوجيا التخريبية التابع للبحرية الأمريكية في هذه المحاولة الجديدة ، مما ساعد على إنشاء أول بدن غواصة مطبوع ثلاثي الأبعاد في التاريخ العسكري. باستخدام تقنية التصنيع المضافة لمساحة كبيرة (BAAM) من شركة ORNL ، أنتج الفريق 30- بدنًا للقدم مكونًا من 6 أجزاء مركبة من ألياف الكربون. بالمقارنة مع طرق التصنيع التقليدية ، فإن سرعة الإنتاج أسرع والتكلفة أقل. على الرغم من أنه لا يزال قيد الاختبار ، إلا أن هناك دلائل على أن المزيد من الغواصات المطبوعة ثلاثية الأبعاد ستغوص في المحيط قريبًا في المستقبل.

15

تطور جامعة مين سفينة دعم لوجستي لفيلق مشاة البحرية الأمريكية

في مارس من هذا العام ، قامت جامعة مين (UMaine) 3D بطباعة سفينتين جديدتين كبيرتين في مركز الهيكل المتقدم والمواد المركبة في أورونو ، ويقال إن إحداها هي أكبر سفينة تصنيع مضافة تم بناؤها على الإطلاق. من المفهوم أن النموذجين الأوليين للسفن تم تطويرهما لفيلق مشاة البحرية الأمريكية ، وتم تصميمهما كسفن دعم لوجستي ، وسيتم اختبارهما للاستخدام الميداني من قبل القوات المسلحة. يمكن للحاوية الأكبر أن تحمل حاويتي شحن 20- أقدام ، بينما يمكن للأخرى نقل الطعام والماء والإمدادات الأخرى لكادر البندقية بأكمله لمدة ثلاثة أيام. كلتا السفينتين الجديدتين مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد بمزيج متعدد المواد من المواد المركبة المقواة بالألياف القائمة على البوليمر. وفقًا لـ UMaine ، تمكنت من تصنيع وتجميع إحدى السفن في شهر واحد فقط. إذا تم استخدام طرق التصنيع التقليدية ، فستستغرق هذه العملية ما يصل إلى عام واحد.