Artykuł w Nowej Technice Wojskowej - Technologie przyrostowe (druk 3D) w przemyśle obronnym

Nowy sposób na szybkie odtworzenie zniszczonego sprzętu lub modyfikację istniejących rozwiązań.

Artykuł ten ma na celu przybliżenie dwóch technologii, które w ciągu ostatnich lat osiągnęły spektakularny sukces i stanowią przemysłowe podwaliny dla tzw. trzeciej rewolucji przemysłowej jaką jest druk 3D.

W ciągu ostatnich kilku lat coraz częściej słyszy się doniesienia na temat różnych przedmiotów, które zostały wykonane przy pomocy tzw. drukarek 3D. Większość z tych informacji przedstawia proces wytwarzania przyrostowego w dużym uproszczeniu tworząc wokół druku 3D aurę „zaczarowanego ołówka” z bajek animowanych który cudownym sposobem jest w stanie stworzyć co tylko sobie człowiek wymarzy włącznie z zastępczymi organami i bronią palną. Mimo ponad 30 lat rozwoju technologii druku 3D, są one w praktyce nadal znacznie bardziej ograniczone niż jest to przedstawiane w mediach, a mimo to istnieje kilka rodzajów druku 3D, które już udowodniły swoją przydatność wszędzie tam gdzie liczy się swoboda projektowania, wysokie własności materiałowe oraz czas potrzebny na wytworzenie danego komponentu. Jednym z takich miejsc jest zaplecze pola walki gdzie coraz częściej wykorzystuje się między innymi dwie technologie: SLS i DMLS.

Dr Vladimir Navrotsky, kierownik Działu Technologii i Innowacji w Siemens Energy Service, trzymający w dłoni końcówkę palnika poddaną szybkiej naprawie przy zastosowaniu technologii wytwarzania przyrostowego DMLS.

Technologia SLS (Selective Laser Sintering) pozwala na szybkie wytwarzanie detali z tworzyw sztucznych i kompozytów bezpośrednio z danych 3D CAD. Części wytwarzane tą metodą mogą posiadać niemal dowolnie skomplikowaną geometrię ponieważ SLS w przeciwieństwie do innych technologii druku 3D nie wymaga stosowania struktur podporowych. Zasada działania SLS opiera się na nakładaniu kolejnych warstw sproszkowanego materiału i selektywnym spiekaniu przy pomocy wiązki laser następujących po sobie przekrojów budowanego detalu. W ten sposób wytwarza się części, które na koniec procesu wystarczy oczyścić z niespieczonego proszku i są one gotowe do użycia.

Główną zaletą technologii SLS są własności stosowanych materiałów – ich wytrzymałość termiczna, chemiczna i udarnościowa stosowanych tworzyw, dzięki czemu nadają się one do produkcji finalnych części poddanych obciążeniom i wpływom agresywnych warunków środowiska pracy. Ponadto spieki laserowe charakteryzują się znacznie wyższą izotropowością własności mechanicznych w porównaniu do innych technologii druku 3D. Najpopularniejszymi materiałami są poliamidy, które mogą być również domieszkowane krótkimi włóknami węglowymi, mączką szklaną lub proszkiem aluminiowym, a nawet wysokotemperaturowe tworzywa z rodziny poli-arylo-etero-ketonów (PAEK), które mogą pracować nawet w temperaturach powyżej 280^oC. W warunkach normalnych własności mechaniczne tworzyw PAEK zbliżone są do niektórych stopów aluminium. Z tego powodu już od wielu lat technologia ta jest wykorzystywana do produkcji krótkoseryjnej komponentów wyposażenia wnętrz samolotów oraz elementów konstrukcyjnych satelitów przeznaczonych do pracy na orbitach okołoziemskich.

Bezzałogowy statek powietrzny SULSA, którego konstrukcja jest w całości wykonana w technologii SLS startuje z patrolowca Royal Navy. Projekt stworzony i wykonany przy udziale Uniwersytetu Southampton.

Rozwinięciem technologii SLS jest DMLS (Direct Metal Laser Sintering) czyli metoda budowania części metalowych poprzez bezpośrednie selektywne przetapianie proszków metali. W tym wypadku ze względu na wysokie temperatury topienia materiału i raptowny jego skurcz podczas stygnięcia konieczne jest stosowanie struktur podporowych aby zapobiec odkształcaniu części. Mimo to możliwa jest szybka produkcja skomplikowanych, wysoko wytrzymałych części z takich materiałów jak stopy tytanu, super stopy kobaltu i chromu, żaroodporne stopy niklu, a także aluminium i wysoko wytrzymałe stale martenzytyczne oraz stale nierdzewne. W praktyce włóknowe lasery iterbowe o mocy 200-400W stosowane w maszynach DMLS pozwalają na przetwarzanie nawet czystego wolframu, który topi się w temp. ponad 3 420^oC.

Wykorzystując technologię DMLS można budować elementy, których nie udałoby się wytworzyć nawet klasycznymi metodami odlewniczymi. Dlatego też dzięki nieustannie rosnącym potrzebom branży lotniczej i kosmicznej technologia ta stała się bardzo pożądanym rozwiązaniem pozwalającym na tworzenie odciążonych komponentów silników lotniczych. Pionierami w komercjalizacji tej technologii są takie firmy jak GE Aviation, Lockheed Martin, EADS, Pratt & Whitney, MTU aeroengines, Rafael czy Siemens.

Przyłącza boroskopowe z materiału IN718, produkowane przyrostowo przez spółkę MTU Aero Engines, do szybkobieżnych turbin niskociśnieniowych w silniku turbowentylatorowym z przekładnią (GTF) PurePower® PW1100G-JM, które będą zastosowane w samolotach Airbus A320neo.

Nie tylko wielcy gracze korzystają z technologii SLS i DMLS. Coraz więcej małych i średnich przedsiębiorstw inwestuje w te technologie. Istnieją również potwierdzone doniesienia, że armia USA podczas ostatnich misji wojskowych na bliskim wschodzie wykorzystywała maszyny SLS i DMLS do produkcji uszkodzonych komponentów wyposażenia zarówno żołnierzy jak i pojazdów, bezpośrednio z cyfrowych baz danych 3D nie czekając na dostawy części. Na targach MSPO już wielokrotnie widywało się produkty małych firm wyposażenia obronnego takie jak drony czy też detektory kierunku strzału w których znaczna część elementów konstrukcyjnych była wykonana w technologii SLS. W kolejnych latach powinniśmy być świadkami jeszcze większej adaptacji tych rozwiązań w przemyśle obronnym. Pierwsze wagony w pociągu technologii przyrostowych są już zajęte jest jednak jeszcze dużo wolnych miejsc, a dzięki łatwości użytkowania tych rozwiązań wszyscy są mile widziani.

Osoba kontaktowa:

Piotr Mikulski
Kierownik Działu Drukarek 3D
e-mail: pmi@bibusmenos.pl
tel.: +48 602 839 431