Mười lăm ứng dụng của sản xuất đắp dần trong lĩnh vực quốc phòng​

Công nghệ sản xuất bồi đắp luôn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hàng hải, hàng không vũ trụ và ô tô với những chức năng mạnh mẽ của nó. Tất nhiên, nó cũng ngày càng được các cơ quan quốc phòng trên khắp thế giới áp dụng. Trên thực tế, dự kiến ​​đến năm 2027, giá trị của ngành công nghiệp in 3D quân sự sẽ đạt 1,7 tỷ đô la Mỹ.

Xem xét nhu cầu về tốc độ nhanh hơn, trọng lượng nhẹ hơn và chi phí thấp hơn của các sản phẩm quân sự, chắc chắn việc chọn công nghệ sản xuất phụ gia để đạt được các chức năng này là phù hợp nhất. Liệt kê một số trường hợp ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực quốc phòng ở các nước trên thế giới. Từ những trường hợp thực tế này, chúng ta càng thấy được tầm quan trọng của công nghệ này trong bảo vệ Tổ quốc.

01

9-máy in 3D kim loại dài một mét

Quân đội Hoa Kỳ bị thuyết phục về lợi ích của sản xuất phụ gia và vào năm 2021, họ đã thông báo rằng họ sẽ chế tạo máy in 3D kim loại lớn nhất thế giới. Trung tâm Hệ thống Phương tiện Mặt đất Quân đội DEVCOM của Hoa Kỳ đang sản xuất chiếc máy in khổng lồ này với sự trợ giúp của ASTRO America, Ingersoll Machine Tool, Siemens và Trung tâm Công nghệ và Sản xuất Liên doanh Sản xuất MELD ở Rock Island Arsenal. Máy in này sẽ trở thành một phần của dự án thân xe liền mạch và nhiệm vụ cuối cùng là in thân xe tích hợp cho cỗ xe. Được biết, dự án dự kiến ​​​​sẽ mất khoảng 14 tháng và máy in cuối cùng sẽ có thể in các bộ phận kim loại dài 30 feet, rộng 20 feet và cao 12 feet (khoảng 9 mét × 6 mét × 3,6 mét). Mặc dù gần đây chúng tôi không có tin tức gì về vấn đề này, nhưng dự án có thể sẽ được hoàn thành trong tương lai gần.

02

đường băng in 3D

Một ứng dụng khác trong lĩnh vực quân sự và quốc phòng đến từ ITAMCO (Công ty Sản xuất và Công nghệ Indiana), sử dụng công nghệ sản xuất phụ gia để phát triển đường băng cho sân bay thám hiểm quân sự. Những tấm thảm đường băng này là một phần quan trọng của Sân bay Viễn chinh (EAF). Chức năng của chúng là triển khai trên mặt đất yếu hơn để cho phép máy bay quân sự hạ cánh và cất cánh. Trước đó, một đường băng di động làm bằng tấm nhôm đã được sử dụng, nhưng khi nó trở nên lỗi thời, quân đội cần phải tìm ra một giải pháp sáng tạo. Máy in M290 3D của công ty EOS của Đức được sử dụng để tạo ra các mẫu nhẹ hơn và bền hơn cho thiết bị quân sự của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ.

03

ExOne và nhóm quân sự của nó

Để đẩy nhanh quá trình phát triển nhóm nhà máy in 3D mạnh mẽ và chắc chắn, ExOne đã tham gia thực hiện nhiệm vụ này sau khi làm việc với nhiều đối tác. Cụ thể, nó liên quan đến hợp đồng Cơ quan Hậu cần Quốc phòng (DLA) trị giá 1,6 triệu USD. Trong quá trình này, công nghệ Binderjet của ExOne được sử dụng cho mục đích quân sự vì tốc độ nhanh, vật liệu linh hoạt và dễ vận hành, có thể đáp ứng tốt các nhu cầu chính của quân đội. Máy in 3D được thiết kế cho quân đội này được cho là có thể phun chất kết dính và hơn 20 loại kim loại, gốm sứ và các vật liệu dạng bột khác. Ngoài ra, người ta nói rằng lớp vỏ độc đáo và các chức năng khác khiến nó rất phù hợp với các sản phẩm cấp quân sự.

04

Công cụ in 3D cho Hải quân Hoa Kỳ

Hải quân Hoa Kỳ cũng đang sử dụng sản xuất phụ gia và Thủy quân lục chiến của họ đã phát hiện ra khả năng in 3D để phát triển các công cụ bảo trì phương tiện mới. Bộ Tư lệnh Hệ thống Thủy quân lục chiến làm việc với các tiểu đoàn cung ứng và các đối tác trong ngành để sản xuất các thiết bị sản xuất đắp dần để tháo bánh lái khỏi kim loại thông qua công nghệ in 3D. Đây là một vấn đề thường cần được giải quyết trong việc bảo dưỡng các phương tiện hải quân. Sản xuất bồi đắp có thể giúp giảm thời gian bảo trì và chuẩn bị dụng cụ, đồng thời có thể giảm thời gian chờ thực tế cho các bộ phận đó xuống còn khoảng 25 ngày.

05

Hợp tác giữa Quân đội Hoa Kỳ và Đại học Nam Florida để phát triển hợp kim magiê nhẹ

Về nguyên nhân của công nghệ in 3D, ngoài việc thường xuyên hợp tác với các công ty liên quan, Quân đội Mỹ cũng đang hợp tác với một số trường đại học. Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Trung tâm Florida đã in 3D thành công một hợp kim magie có tên WE43. Được biết, việc các nhà nghiên cứu phát triển loại vật liệu này không phải là ngẫu nhiên mà xuất phát từ nhu cầu của quân đội. Lính Mỹ thường xuyên phải mang theo những chiếc túi và thiết bị cực kỳ nặng, vì vậy việc giảm trọng lượng của họ là rất cần thiết. Tuy nhiên, với sự trợ giúp của WE43 và công nghệ nhiệt hạch laser bột, Quân đội Hoa Kỳ và Đại học Trung tâm Florida có thể đã tìm ra giải pháp.

06

In 3D chân vịt tàu thủy

Trong những năm gần đây, tập đoàn Naval Group nổi tiếng của Pháp đã sử dụng công nghệ in 3D để đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau. Vào tháng 1 năm 2021, nhờ quy trình sản xuất bồi đắp WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), NavalGroup đã in 3D chân vịt. Chân vịt bao gồm 5 cánh quạt nặng 200 kg và sau đó được lắp đặt trên Andromeda, một con tàu dò mìn. Nhóm đằng sau dự án giải thích rằng bằng cách sử dụng công nghệ in 3D, họ đã giảm đáng kể thời gian xây dựng và giảm thiểu lượng vật liệu được sử dụng.

07

Không quân Tây Ban Nha nâng cấp quy trình thông qua in 3D

Sản xuất bồi đắp có thể giúp các bộ phận đạt được độ cứng cao, độ bền cao và các đặc tính tuyệt vời khác. Thông qua gia cố sợi bên trong, các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều công cụ và bộ phận đầu cuối khác nhau có thể chịu được các điều kiện hoạt động khắc nghiệt cần thiết khi các bộ phận chịu lực rất lớn mà không có bất kỳ lỗi nào. Tại Madrid, người đứng đầu xưởng trực thăng của Không quân Tây Ban Nha cho biết hiện họ đang cố gắng sản xuất từng bộ phận thông qua sản xuất phụ gia và tránh sản xuất truyền thống. Các thành phần này bao gồm các công cụ đo lường kiểm soát rò rỉ cho thiết bị hạ cánh của máy bay trực thăng hoặc các phím tùy chỉnh cho cánh quạt chính của máy bay trực thăng.

08

General Lattice và mũ bảo hiểm được thiết kế cho Quân đội Hoa Kỳ

GeneralLattice, một công ty phần mềm thiết kế 3D và Quân đội Hoa Kỳ đã ký hợp đồng để cải thiện khả năng hấp thụ tác động của mũ bảo hiểm chiến đấu của quân đội thông qua in 3D và hình học lưới tiên tiến. Đối với dự án này, công ty đã phát triển một bộ công cụ lập mô hình dự đoán để thiết kế và tạo ra các vật liệu làm mũ bảo hiểm. Để cải thiện khả năng bảo vệ binh lính trên chiến trường và khả năng sống sót sau khi va chạm vào đầu, các vật liệu in 3D sẽ được thử nghiệm trong môi trường thực tế để xác minh các yêu cầu về hiệu suất của trung tâm chỉ huy phát triển của binh lính.

09

Phụ tùng trong xe bọc thép chiến đấu

Quân đội Úc đã sử dụng giải pháp in 3D phun lạnh do SPEE3D phát triển để thiết kế hơn chục phụ tùng cho một trong những loại xe bọc thép của mình. Các thành phần này đã vượt qua nhiều bài kiểm tra và chứng nhận sử dụng tại hiện trường, giúp cải thiện tính linh hoạt của Quân đội Úc. Ví dụ: các thành phần được in bao gồm vỏ bánh xe chỉ mất 29 phút để thực hiện và tổng chi phí là 100 đô la Úc. Máy được sử dụng trong trường hợp này là WarpSPEE3D, có khối lượng in 1000 x 700 mm và tốc độ 1 kg mỗi phút. Thông qua việc giới thiệu công nghệ sản xuất phụ gia, quân đội có thể giảm thời gian ngừng hoạt động của xe bọc thép và do đó ứng phó tốt hơn với các trường hợp khẩn cấp.

10

Hải quân Hoa Kỳ và sản xuất đắp dần

Trong những năm qua, Hải quân Hoa Kỳ đã thực hiện nhiều dự án sản xuất bồi đắp. Mục tiêu là nâng cao sự nhanh nhẹn và hiệu quả của đội ngũ thực hiện các nhiệm vụ trên đại dương, đặc biệt là trong sản xuất phụ tùng thay thế. Đây là lý do Trường Sau đại học Hải quân (NPS) đầu tư vào các máy kim loại Xerox ElemX. Họ đã sử dụng thiết bị này để thiết kế phụ tùng và công cụ cho tàu ngầm và tàu thủy, điều này cho phép Xerox có chuỗi cung ứng ngắn hơn và sản xuất các bộ phận tùy chỉnh. NPS không phải là công ty duy nhất khởi động các dự án in 3D trong lĩnh vực hàng hải. Trên thực tế, MatterHackers đã ký hợp đồng 5-năm với Hải quân Hoa Kỳ để cung cấp tất cả các thiết bị 3D mà họ cần, cũng như các khóa đào tạo và bảo trì.

11

Dự án năng lượng tương lai

Dự án Năng lượng Tương lai từ Vương quốc Anh hoạt động trong các lĩnh vực nghiên cứu, thử nghiệm chất nổ, sản xuất năng lượng mới, mô hình vụ nổ, tổng hợp hóa học, đặc tính nhiệt và thử nghiệm nguy hiểm. Mục tiêu của dự án là tạo ra vật liệu chứa năng lượng mới và phương pháp chẩn đoán để xác minh vật liệu mới. Sản xuất phụ gia sẽ được sử dụng để phát triển các công thức thuốc nổ mới, mang lại cho người dùng tiềm năng nhiều lợi ích, bao gồm giảm chi phí lưu trữ và vận chuyển cũng như cải thiện hiệu suất. Chi phí có thể được tùy chỉnh chính xác theo yêu cầu và được sản xuất theo một thiết kế mới lạ và phức tạp, điều mà trước đây không thể tưởng tượng được. Quy trình sản xuất sử dụng máy trộn âm thanh cộng hưởng LabRam, sử dụng năng lượng âm thanh thay vì lưỡi dao vật lý để trộn vật liệu, giúp quy trình an toàn hơn.

12

Astro America phát triển thân xe ngựa in 3D

Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Ứng dụng hay còn gọi là ASTRO America đã được Quân đội Hoa Kỳ lựa chọn cho dự án thân tàu liền khối. Chương trình được hỗ trợ bởi Viện Đổi mới Sản xuất, được hưởng lợi từ Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, và là một phần trong nỗ lực phát triển và cung cấp các công cụ thân xe chiến đấu bằng cách sử dụng in 3D. Họ hy vọng sẽ giảm thời gian sản xuất và giảm chi phí sản xuất, đồng thời giảm trọng lượng của xe và cải thiện hiệu suất cũng như khả năng sống sót của nó.

13

Doanh trại in 3D

ICON, một công ty xây dựng 3D, được biết đến với các dự án liên quan đến quân đội. Để đạt được mục tiêu này, công ty có trụ sở tại Austin đã hợp tác với Bộ Quân sự Texas, Logan Architecture và Fort Structures để tạo ra cấu trúc in 3D lớn nhất ở Bắc Mỹ: trại huấn luyện tại Trung tâm Huấn luyện Swift Camp ở Bastrop, Texas. Sử dụng hệ thống tòa nhà Vulcan của ICON, một máy in rô-bốt được vận hành bởi một máy tính bảng có thể sử dụng vật liệu làm từ xi măng, công ty và quân đội đã xây dựng thành công trại quân sự in 3D đầu tiên dành cho binh lính sinh sống. Tòa nhà cuối cùng gồm có 3,{ {7}}tòa nhà rộng 3 mét vuông có thể chứa tối đa 72 binh sĩ hoặc phi công và chuẩn bị cho nhiệm vụ tiếp theo của họ.

14

In 3D vỏ tàu ngầm

Trong những năm qua, bộ quốc phòng đã tìm ra cách áp dụng in 3D trong nhiều lĩnh vực - trên mặt đất, trên không và trên biển. Trên thực tế, dự án mới nhất này của quân đội Hoa Kỳ đang khám phá một khu vực in 3D tương đối xa lạ: đáy biển. Năm 2017, Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã hợp tác với Phòng thí nghiệm công nghệ đột phá của Hải quân Hoa Kỳ cho nỗ lực mới này, giúp tạo ra thân tàu ngầm in 3D đầu tiên trong lịch sử quân sự. Bằng cách sử dụng công nghệ sản xuất bồi đắp diện rộng (BAAM) FDM của ORNL, nhóm đã tạo ra một ý tưởng thân tàu 30-chân với 6 bộ phận composite bằng sợi carbon. So với các phương pháp sản xuất truyền thống, tốc độ sản xuất của nó nhanh hơn và chi phí thấp hơn. Mặc dù nó vẫn đang được thử nghiệm, nhưng có những dấu hiệu cho thấy nhiều tàu ngầm in 3D sẽ sớm lặn xuống đại dương trong tương lai.

15

Đại học Maine phát triển tàu hỗ trợ hậu cần cho Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ

Vào tháng 3 năm nay, Đại học Maine (UMaine) đã in 3D hai con tàu quy mô lớn mới tại Trung tâm vật liệu tổng hợp và cấu trúc tiên tiến ở Orono, một trong số đó được cho là con tàu sản xuất phụ gia lớn nhất từng được chế tạo. Được biết, hai tàu nguyên mẫu được phát triển cho Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ, được thiết kế như tàu hỗ trợ hậu cần và sẽ được lực lượng vũ trang thử nghiệm để sử dụng trên thực địa. Chiếc lớn hơn có thể chở hai công-ten-nơ vận chuyển 20-foot, trong khi chiếc còn lại có thể vận chuyển thức ăn, nước uống và các vật dụng khác cho toàn bộ đội súng trường trong thời gian ba ngày. Cả hai con tàu mới đều được in 3D bằng hỗn hợp đa vật liệu của vật liệu composite cốt sợi dựa trên polyme. Theo UMaine, họ có thể sản xuất và lắp ráp một trong những con tàu chỉ trong một tháng. Nếu sử dụng các phương pháp sản xuất truyền thống, quá trình này sẽ mất tới một năm.