สิบห้าการประยุกต์ใช้การผลิตสารเติมแต่งในด้านการป้องกันประเทศ

เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขาเสมอมา รวมถึงทางทะเล การบินและอวกาศ และยานยนต์ ด้วยฟังก์ชันที่ทรงพลัง แน่นอนว่า กระทรวงกลาโหมทั่วโลกต่างนำมันมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ในความเป็นจริงคาดว่าภายในปี 2570 มูลค่าของอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติทางทหารจะสูงถึง 1.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ

เมื่อพิจารณาถึงความต้องการความเร็วที่เร็วขึ้น น้ำหนักที่เบาลง และต้นทุนที่ต่ำลงของผลิตภัณฑ์ทางการทหาร การเลือกเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุจึงเหมาะสมที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัยเพื่อให้บรรลุหน้าที่เหล่านี้ บางกรณีของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในด้านการป้องกันประเทศในประเทศต่างๆ ทั่วโลกมีการระบุไว้ จากกรณีที่เกิดขึ้นจริงเหล่านี้ เรายิ่งเห็นความสำคัญของเทคโนโลยีนี้ในการป้องกันประเทศ

01

9-เครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะยาวเมตร

กองทัพสหรัฐฯ เชื่อมั่นในประโยชน์ของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ และในปี 2564 พวกเขาได้ประกาศที่จะสร้างเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในโลก ศูนย์ระบบยานพาหนะภาคพื้นดินของกองทัพสหรัฐ DEVCOM กำลังผลิตเครื่องพิมพ์ขนาดยักษ์นี้ด้วยความช่วยเหลือจาก ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens และศูนย์การผลิตและเทคโนโลยีร่วมการผลิต MELD ใน Rock Island Arsenal เครื่องพิมพ์นี้จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของโครงการตัวถังไร้รอยต่อ และภารกิจสุดท้ายคือการพิมพ์ตัวถังแบบบูรณาการสำหรับราชรถ มีรายงานว่าโครงการนี้คาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 14 เดือน และเครื่องพิมพ์ขั้นสุดท้ายจะสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะได้ยาว 30 ฟุต กว้าง 20 ฟุต และสูง 12 ฟุต (ประมาณ 9 เมตร×6 เมตร×3.6 เมตร) แม้ว่าเราจะยังไม่มีข่าวเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่โครงการน่าจะแล้วเสร็จในอนาคตอันใกล้นี้

02

รันเวย์การพิมพ์ 3 มิติ

แอปพลิเคชั่นอื่นในด้านทหารและการป้องกันประเทศมาจาก ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Company) ซึ่งใช้การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเพื่อพัฒนารันเวย์สำหรับสนามบินทหาร แผ่นรองรันเวย์เหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของสนามบิน Expeditionary Airport (EAF) หน้าที่ของพวกเขาคือนำไปใช้ในพื้นที่ที่อ่อนแอกว่าเพื่อให้เครื่องบินทหารลงจอดและบินขึ้น ก่อนหน้านั้น มีการใช้รันเวย์แบบพกพาที่ทำจากแผ่นอลูมิเนียม แต่เมื่อมันล้าสมัย กองทัพจำเป็นต้องค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เครื่องพิมพ์ M290 3D ของบริษัท EOS สัญชาติเยอรมันถูกใช้เพื่อสร้างโมเดลที่เบากว่าและทนทานกว่าสำหรับยุทโธปกรณ์ทางทหารของกองทัพอากาศสหรัฐฯ

03

ExOne และพ็อดทหารของมัน

เพื่อเร่งการพัฒนาพ็อดโรงงานการพิมพ์ 3 มิติที่ทรงพลังและทนทาน ExOne เข้าร่วมในการดำเนินการตามภารกิจนี้หลังจากทำงานร่วมกับพันธมิตรหลายราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวข้องกับสัญญา Defense Logistics Agency (DLA) 1.6 ล้านฉบับ ในกระบวนการนี้ เทคโนโลยี Binderjet ของ ExOne ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร เนื่องจากความเร็วที่รวดเร็ว วัสดุที่ยืดหยุ่น และการใช้งานที่ง่าย ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการหลักของกองทัพได้เป็นอย่างดี กล่าวกันว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ออกแบบมาสำหรับกองทัพนี้สามารถพ่นกาวและโลหะ เซรามิก และวัสดุผงอื่นๆ ได้มากกว่า 20 ชนิด นอกจากนี้ ว่ากันว่าตัวเรือนที่เป็นเอกลักษณ์และฟังก์ชั่นอื่นๆ ทำให้เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ระดับทหาร

04

เครื่องมือการพิมพ์ 3 มิติสำหรับกองทัพเรือสหรัฐฯ

กองทัพเรือสหรัฐฯ ยังใช้การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ และนาวิกโยธินของพวกเขาได้ค้นพบความสามารถของการพิมพ์ 3 มิติเพื่อพัฒนาเครื่องมือการบำรุงรักษายานพาหนะใหม่ๆ กองบัญชาการระบบนาวิกโยธินทำงานร่วมกับกองพันเสบียงและพันธมิตรในอุตสาหกรรมเพื่อผลิตส่วนควบในการผลิตเพิ่มเติมสำหรับการถอดพวงมาลัยออกจากโลหะด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ นี่เป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขบ่อยครั้งในการซ่อมบำรุงยานพาหนะทางเรือ การผลิตแบบเพิ่มเนื้อสามารถช่วยลดเวลาการบำรุงรักษาและการเตรียมเครื่องมือ และสามารถลดเวลารอจริงสำหรับชิ้นส่วนดังกล่าวเหลือประมาณ 25 วัน

05

ความร่วมมือระหว่างกองทัพสหรัฐฯ และมหาวิทยาลัยเซาท์ฟลอริดาในการพัฒนาแมกนีเซียมอัลลอยด์ชนิดเบา

ในแง่ของเหตุผลของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ นอกจากความร่วมมืออย่างสม่ำเสมอกับบริษัทที่เกี่ยวข้องแล้ว กองทัพสหรัฐฯ ยังร่วมมือกับมหาวิทยาลัยบางแห่งด้วย เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Central Florida ประสบความสำเร็จในการพิมพ์แมกนีเซียมอัลลอยด์แบบ 3 มิติที่เรียกว่า WE43 มีรายงานว่าการพัฒนาวัสดุนี้โดยนักวิจัยไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เกิดจากความต้องการของกองทัพ ทหารอเมริกันมักต้องถูกบังคับให้แบกกระเป๋าและอุปกรณ์ที่หนักมาก ดังนั้นการลดน้ำหนักจึงจำเป็นอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม ด้วยความช่วยเหลือจาก WE43 และเทคโนโลยีเลเซอร์ฟิวชันแบบผง กองทัพสหรัฐฯ และมหาวิทยาลัย Central Florida อาจพบวิธีแก้ปัญหา

06

การพิมพ์ 3 มิติใบพัดของเรือ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Naval Group บริษัทชื่อดังของฝรั่งเศสได้ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลาย ในเดือนมกราคม 2021 ต้องขอบคุณกระบวนการผลิตแบบเติมแต่งของ WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) NavalGroup จึงมีการพิมพ์ใบพัดแบบ 3 มิติ ใบพัดประกอบด้วยใบพัดน้ำหนัก 200 กก. ห้าใบ จากนั้นติดตั้งบน Andromeda ซึ่งเป็นเรือตรวจจับทุ่นระเบิด ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังโครงการอธิบายว่าการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยลดเวลาการก่อสร้างและลดปริมาณวัสดุที่ใช้ลงได้อย่างมาก

07

กองทัพอากาศสเปนยกระดับกระบวนการด้วยการพิมพ์ 3 มิติ

การผลิตแบบเติมเนื้อสามารถช่วยให้ชิ้นส่วนมีความแข็งสูง มีความแข็งแรงสูง และมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมอื่นๆ ผ่านการเสริมแรงไฟเบอร์ภายใน นักวิจัยได้พัฒนาเครื่องมือและชิ้นส่วนเทอร์มินอลต่างๆ ที่สามารถทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงซึ่งจำเป็นเมื่อส่วนประกอบต้องรับแรงขนาดใหญ่มากโดยไม่มีข้อผิดพลาดใดๆ ในกรุงมาดริด หัวหน้าโรงปฏิบัติการเฮลิคอปเตอร์ของกองทัพอากาศสเปนกล่าวว่า ขณะนี้พวกเขากำลังพยายามผลิตชิ้นส่วนแต่ละชิ้นผ่านการผลิตแบบเติมแต่งและหลีกเลี่ยงการผลิตแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบเหล่านี้รวมถึงเครื่องมือวัดการควบคุมการรั่วไหลสำหรับล้อลงจอดของเฮลิคอปเตอร์หรือคีย์แบบกำหนดเองสำหรับใบพัดหลักของเฮลิคอปเตอร์

08

General Lattice และหมวกนิรภัยที่ออกแบบมาสำหรับกองทัพสหรัฐฯ

GeneralLattice บริษัทซอฟต์แวร์ออกแบบ 3 มิติ และกองทัพสหรัฐฯ ลงนามในสัญญาเพื่อปรับปรุงความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกของหมวกนิรภัยสำหรับการต่อสู้ของกองทัพผ่านการพิมพ์ 3 มิติและรูปทรงตารางขั้นสูง สำหรับโครงการนี้ บริษัทได้พัฒนาชุดเครื่องมือสร้างแบบจำลองเชิงคาดการณ์เพื่อออกแบบและสร้างวัสดุหมวกกันน็อค เพื่อปรับปรุงการป้องกันของทหารในสนามรบและความเป็นไปได้ของการเอาชีวิตรอดหลังจากศีรษะกระแทก วัสดุพิมพ์ 3 มิติจะได้รับการทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงเพื่อตรวจสอบข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของศูนย์บัญชาการทหารพัฒนา

09

ชิ้นส่วนอะไหล่ในยานเกราะต่อสู้

กองทัพออสเตรเลียใช้โซลูชันการพิมพ์ 3 มิติแบบพ่นเย็นที่พัฒนาโดย SPEE3D เพื่อออกแบบชิ้นส่วนอะไหล่มากกว่าหนึ่งโหลสำหรับยานเกราะหนึ่งคัน ส่วนประกอบเหล่านี้ผ่านการทดสอบและรับรองการใช้งานภาคสนามมากมาย ช่วยเพิ่มความคล่องตัวของกองทัพออสเตรเลีย ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบที่พิมพ์รวมถึงฝาครอบล้อที่ใช้เวลาทำเพียง 29 นาที และค่าใช้จ่ายทั้งหมดคือ 100 ดอลลาร์ออสเตรเลีย เครื่องที่ใช้ในกรณีนี้คือ WarpSPEE3D ซึ่งมีปริมาณการพิมพ์ 1,000 x 700 มม. และความเร็ว 1 กิโลกรัมต่อนาที ด้วยการแนะนำเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่ง กองทัพสามารถลดเวลาหยุดทำงานของรถหุ้มเกราะและตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินได้ดีขึ้น

10

กองทัพเรือสหรัฐและการผลิตสารเติมแต่ง

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ทำงานในโครงการผลิตสารเติมแต่งหลายโครงการ เป้าหมายคือการปรับปรุงความคล่องตัวและประสิทธิภาพของทีมที่ปฏิบัติงานในมหาสมุทร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่ นี่คือเหตุผลที่ Naval Postgraduate School (NPS) ลงทุนในเครื่องโลหะ Xerox ElemX พวกเขาใช้อุปกรณ์นี้ในการออกแบบชิ้นส่วนอะไหล่และเครื่องมือสำหรับเรือดำน้ำและเรือ ซึ่งทำให้ Xerox มีห่วงโซ่อุปทานที่สั้นลงและผลิตชิ้นส่วนที่ปรับแต่งได้ NPS ไม่ใช่บริษัทเดียวที่เปิดตัวโครงการการพิมพ์ 3 มิติในด้านการเดินเรือ อันที่จริง MatterHackers ได้ลงนามในสัญญา 5-1 ปีกับกองทัพเรือสหรัฐฯ เพื่อจัดหาอุปกรณ์ 3 มิติทั้งหมดที่จำเป็น ตลอดจนหลักสูตรการฝึกอบรมและการบำรุงรักษา

11

โครงการพลังงานในอนาคต

โครงการ Future Energy จากสหราชอาณาจักรทำงานในสาขาการวิจัย การทดสอบการระเบิด การผลิตพลังงานใหม่ การสร้างแบบจำลองการระเบิด การสังเคราะห์ทางเคมี การแสดงลักษณะทางความร้อน และการทดสอบอันตราย เป้าหมายของโครงการคือการสร้างวัสดุใหม่ที่มีพลังงานและวิธีการตรวจวินิจฉัยเพื่อตรวจสอบวัสดุใหม่ การผลิตสารเติมแต่งจะใช้เพื่อพัฒนาสูตรระเบิดใหม่ ซึ่งให้ประโยชน์มากมายแก่ผู้ใช้ที่มีศักยภาพ รวมถึงต้นทุนการจัดเก็บและการขนส่งที่ลดลง และประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ค่าใช้จ่ายสามารถปรับแต่งตามความต้องการได้อย่างแม่นยำและผลิตขึ้นในรูปแบบแปลกใหม่และซับซ้อนซึ่งก่อนหน้านี้คิดไม่ถึง กระบวนการผลิตใช้เครื่องผสมเสียงเรโซแนนซ์ LabRam ซึ่งใช้พลังงานเสียงแทนใบมีดจริงในการผสมวัสดุ ทำให้กระบวนการปลอดภัยยิ่งขึ้น

12

Astro America พัฒนาตัวถังรถม้าที่พิมพ์ 3 มิติ

องค์การวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีประยุกต์ หรือที่เรียกว่า ASTRO America ได้รับเลือกจากกองทัพสหรัฐฯ สำหรับโครงการตัวเรือไร้รอยต่อ โปรแกรมนี้ได้รับการสนับสนุนโดย Manufacturing Innovation Institute ซึ่งได้รับประโยชน์จากกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกา และเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในการพัฒนาและส่งมอบเครื่องมือตัวถังยานเกราะต่อสู้โดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ พวกเขาหวังว่าจะลดเวลาในการผลิตและลดต้นทุนการผลิต ขณะเดียวกันก็ลดน้ำหนักของยานพาหนะและปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถในการอยู่รอด

13

ค่ายทหารการพิมพ์ 3 มิติ

ICON บริษัทก่อสร้าง 3D เป็นที่รู้จักจากโครงการที่เกี่ยวข้องกับการทหาร ด้วยเหตุนี้ บริษัทในออสตินจึงร่วมมือกับ Texas Department of Military Affairs, Logan Architecture และ Fort Structures เพื่อสร้างโครงสร้างการพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในอเมริกาเหนือ: ค่ายฝึกอบรมที่ Swift Camp Training Center ใน Bastrop, Texas ด้วยการใช้ระบบการสร้างวัลแคนของ ICON เครื่องพิมพ์หุ่นยนต์ที่ควบคุมโดยคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตที่สามารถใช้วัสดุจากซีเมนต์ได้ บริษัทและกองทัพจึงประสบความสำเร็จในการสร้างค่ายทหารที่พิมพ์ 3 มิติแห่งแรกสำหรับทหารพักอาศัย อาคารสุดท้ายประกอบด้วย 3,{ {7}}อาคารขนาดตารางฟุตที่สามารถรองรับทหารหรือนักบินได้ถึง 72 นายและเตรียมพร้อมสำหรับภารกิจต่อไป

14

เรือดำน้ำพิมพ์ 3 มิติ

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา กระทรวงกลาโหมได้ค้นพบวิธีการนำการพิมพ์ 3 มิติไปใช้ในหลายๆ ด้าน ทั้งบนพื้นดิน กลางอากาศ และในทะเล ในความเป็นจริง โครงการล่าสุดของกองทัพสหรัฐฯ กำลังสำรวจพื้นที่ของการพิมพ์ 3 มิติที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก ซึ่งก็คือก้นทะเล ในปี 2560 Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ร่วมมือกับ Disruptive Technology Laboratory ของกองทัพเรือสหรัฐฯ สำหรับความพยายามครั้งใหม่นี้ โดยช่วยสร้างตัวเรือดำน้ำที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติลำแรกในประวัติศาสตร์การทหาร ด้วยการใช้เทคโนโลยีการผลิตสารเติมเนื้อพื้นที่ขนาดใหญ่ (BAAM) FDM ของ ORNL ทีมงานจึงผลิต 30-โครงร่างแบบเท้าพร้อมชิ้นส่วนคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ 6 ชิ้น เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม ความเร็วในการผลิตจะเร็วกว่าและต้นทุนต่ำกว่า แม้ว่าจะยังอยู่ระหว่างการทดสอบ แต่ก็มีสัญญาณว่าเรือดำน้ำที่พิมพ์ 3 มิติจำนวนมากจะดำดิ่งสู่มหาสมุทรในไม่ช้าในอนาคต

15

มหาวิทยาลัย Maine พัฒนาเรือสนับสนุนด้านลอจิสติกส์สำหรับนาวิกโยธินสหรัฐฯ

ในเดือนมีนาคมปีนี้ University of Maine (UMaine) 3D พิมพ์เรือขนาดใหญ่ใหม่ 2 ลำที่ Advanced Structure and Composite Materials Center ใน Orono ซึ่งหนึ่งในนั้นได้รับการกล่าวขานว่าเป็นเรือที่ผลิตสารเติมแต่งที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างมา เป็นที่เข้าใจกันว่าเรือต้นแบบ 2 ลำได้รับการพัฒนาสำหรับนาวิกโยธินสหรัฐฯ โดยได้รับการออกแบบให้เป็นเรือสนับสนุนการส่งกำลังบำรุง และจะได้รับการทดสอบสำหรับการใช้งานภาคสนามโดยกองทัพ ลำที่ใหญ่กว่าสามารถบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์แบบใช้เท้า 20-สองตู้ ส่วนอีกตู้หนึ่งสามารถขนส่งอาหาร น้ำ และเสบียงอื่นๆ สำหรับหน่วยปืนไรเฟิลทั้งหมดได้เป็นระยะเวลาสามวัน เรือใหม่ทั้งสองลำได้รับการพิมพ์แบบ 3 มิติด้วยส่วนผสมของวัสดุผสมที่เสริมด้วยเส้นใยโพลิเมอร์ ตามคำกล่าวของ UMaine สามารถผลิตและประกอบเรือลำใดลำหนึ่งได้ในเวลาเพียงหนึ่งเดือน หากใช้วิธีการผลิตแบบดั้งเดิม กระบวนการนี้จะใช้เวลาถึงหนึ่งปี