L’Esercito degli Stati Uniti e la stampa 3d

Come l’Esercito degli Stati Uniti apprende e utilizza la stampa 3D per migliorare la preparazione militare

Il REF Ex Lab del Bagram Airfield ha prodotto questi articoli dopo che gli ingegneri di Ex Lab lavoravano con i soldati per sviluppare soluzioni ai problemi incontrati.

L’ esercito americano ha a lungo sfruttato la stampa 3D . In un articolo pubblicato nell’ultima edizione di Army AL & T Magazine , il senior editor Steve Stark approfondisce il modo in cui questa branca dell’esercito utilizza la stampa 3D e quali ostacoli si frappongono al suo modo.

Stark ha scritto che la stampa 3D “è una scelta naturale per l’esercito” in quanto il ramo militare lavora per aggiornare le sue tecnologie di produzione. Il Dr. Philip Perconti, direttore del US Army Research Laboratory ( ARL ), afferma che la tecnologia “è in uno stadio cruciale nello sviluppo”.

All’apertura del nuovo centro di innovazione manifatturiera Advanced Manufacturing, Materials and Processes (AMMP) nel Maryland, il dott. Perconti ha dichiarato: “L’esercito vuole essere all’avanguardia di questo progresso tecnologico.”

Il dott. Perconti ritiene che la produzione mobile di vari pezzi di ricambio e componenti sia all’orizzonte, e non ha torto: la Marina , l’ Aeronautica e i Marines stanno già sfruttando questa applicazione.

La stampa 3D può essere utilizzata per migliorare la prontezza, che è una categoria abbastanza ampia che copre tutto, dagli edifici e le riparazioni alla logistica e al mantenimento. L’obiettivo generale è inviare unità con la giusta quantità di apparecchiature per stabilire un’unità mobile per la stampa 3D on-demand.

Mike Nikodinovski, un ingegnere meccanico e additivo esperto del Centro di ricerca, sviluppo e ingegneria automobilistica ( TARDEC ), ha spiegato che vari luoghi intorno all’Esercito, come il suo Comando di ricerca, sviluppo e ingegneria ( RDECOM ) e la ricerca aeronautica e missilistica, Development and Engineering Center ( AMRDEC ), stanno attualmente migliorando la preparazione e accelerando il processo di sostenibilità, sperimentando la stampa 3D di parti in plastica e metallo.

“Stiamo riparando parti per la M1 Abrams. … Abbiamo realizzato progetti cross-army e con i Marine Corps in cui abbiamo stampato cose come fan di ventola. Molte delle cose che abbiamo fatto sono solo una sostituzione di base one-for-one “, ha detto Nikodinovski. “Cosa puoi fare con l’additivo per una parte che viene tradizionalmente prodotta? Un sacco di quello si ottiene al momento del sostentamento, ed è quello che stiamo cercando di resistere a Rock Island: dai loro le capacità per stampare parti di metallo, soprattutto se vuoi … procurare a lungo termine parti per le quali hai bisogno solo di un paio i venditori non sono più in attività e non ha molto senso spendere un sacco di soldi per impostare gli strumenti. È possibile utilizzare l’additivo per integrare il processo di mantenimento, dove posso, ad esempio, stampare tre parti e risparmiare tutto il tempo necessario per trovare i fornitori o impostare gli utensili? “

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Un connettore offset con scarico della trazione a 90 ° stampato in 3D, progettato e fabbricato da ingegneri REF a Bagram Airfield, in Afghanistan, per impedire che i cavi si spezzino quando sono attaccati a un pezzo di equipaggiamento.

La produzione additiva è molto diversa dalla produzione sottrattiva, il che significa che è coinvolta una formazione critica.

“È un’impresa enorme. Non dobbiamo solo addestrare le persone che stanno per toccare e far funzionare le macchine, ma addestrare le truppe e gli ingegneri sulle capacità e sul modo di progettare per AM “, ha spiegato Edward Flinn, direttore della produzione avanzata presso Rock Island Arsenal .

“Devi allenare il Soldato sulle capacità della tecnologia e su come utilizzare effettivamente la macchina. Poi c’è come insegnare alla comunità del design stessi i benefici dell’additivo in modo che possano iniziare a progettare per esso. “

Megan Krieger, un ingegnere meccanico presso il Centro di ricerca e sviluppo dell’Esercito dell’Esercito ( ERDC ), ha spiegato che l’uso di spazi di produzione nei MWR (strutture per il morale, il benessere e il tempo libero) nelle biblioteche è un modo utile per far acquisire maggiore familiarità al personale militare con il 3D stampa. Ha spiegato che in questo modo, “se le persone sono appassionate nel fare cose, lo impareranno molto meglio che se vi si buttassero dentro”.

Oltre a imparare effettivamente come utilizzare la tecnologia, l’esercito sta anche lavorando per sviluppare nuovi materiali e strumenti di progettazione per la stampa 3D.

Il dott. William Benard, scienziato della campagna senior nello sviluppo dei materiali con l’ARL nel Maryland, ha dichiarato: “Gli sforzi a breve termine dell’esercito stanno guardando alla prontezza, e nella ricerca, una delle cose più semplici è semplicemente progettare nuovi materiali che sono più facili da stampare con, più affidabili da stampare, [le] proprietà sono ben comprese – quel tipo di cose come un sostituto, una sorta di approccio più diretto al supporto delle parti esistenti.

“Una delle aree di investimento che ARL sta facendo per supportare questo, e so che anche altri membri della comunità RDECOM stanno studiando questo, sono, in realtà, nuovi strumenti di progettazione per l’additivo.”

L’esercito deve anche determinare l’economia specifica dell’adozione della stampa 3D. Mentre il costo è meno di un fattore quando sei contro una scadenza stretta, questo si inverte quando la produzione di riproducibilità e il costo sono più importanti in un progetto. Ulteriori fattori includono quanto sia critica la necessità della parte, quanto velocemente vengono fatti gli sviluppi, che altro dipende dal particolare progetto e dove esattamente l’esercito sta spendendo soldi.

Tim Phillis, addetto alla spedizione addetto alla produzione additiva per RDECOM’s Armament Research, Rapid Fabrication del Development Engineering Center tramite Additive Manufacturing sul campo di battaglia ( R-FAB ), ha spiegato: “Noi scienziati e ingegneri possiamo parlare delle proprietà dei materiali e delle temperature del letto di stampa e teste di stampa e tutto questo genere di cose, ma la dirigenza senior sta guardando, “E allora? In che modo questa tecnologia migliora la prontezza? Come posso mantenere pronti sistemi e soldati? ‘ Ed è quello che stiamo imparando. “

Stark ha scritto che l’esercito sta principalmente “concentrando i suoi sforzi sulle sue priorità di modernizzazione” e lasciando ulteriore sviluppo al mondo accademico e all’industria. Se i nostri militari vogliono utilizzare la stampa 3D per applicazioni del mondo reale, questo sviluppo deve accelerare – queste parti devono stare in piedi sotto un sacco di stress.
La dottoressa Aura Gimm, che gestiva il programma del centro di ricerca affiliato al MIT all’Istituto per le nanotecnologie soldato al momento della sua intervista, ha dichiarato: “Una cosa è creare parti decorative, ma è un’altra cosa se stai provando a creare parti portanti o attuabili che potrebbero guastarsi.

“La standardizzazione e la garanzia di disporre della metrologia o delle metriche per testare e valutare queste parti sarà piuttosto critica, poiché [gli articoli realizzati con additivo] saranno effettivamente dispiegabili sul campo. Perché una cosa che non vogliamo è avere queste parti … non funziona come previsto. “

Dott. Perconti ha concordato:

“In definitiva, l’obiettivo per noi è di abilitare componenti qualificati che siano indistinguibili da quelli che sostituiscono. Ricorda, quando estrai una parte da un sistema d’arma e la sostituisci con una parte prodotta da un additivo, stai mettendo in gioco vite umane se quella parte non è pienamente capace. Quindi dobbiamo essere molto sicuri che qualunque cosa facciamo, comprendiamo la scienza, comprendiamo la produzione e comprendiamo che stiamo consegnando parti qualificate per i nostri guerrieri “.

Ad esempio, AMRDEC ha collaborato con General Electric Co. a parti di stampa 3D per il motore T700, che alimenta sia gli elicotteri Apache che Black Hawk. Tuttavia, queste parti del motore non sono in uso, in quanto non sono ancora state testate e qualificate secondo gli standard dell’Esercito. Kathy Olson, leader nella produzione di additivi nella Divisione Manufacturing Science and Technology del programma Tecnologie di produzione dell’esercito a Redstone Arsenal, Alabama, ha detto che questo progetto è “più di una transizione di conoscenza” per dimostrare che è possibile stampare le parti in 3D con il letto di polvere laser fusione.
Per qualificare parti stampate in 3D per uso militare, i materiali devono prima essere qualificati.

“Quindi devi qualificare la tua macchina e assicurarti che stia producendo parti ripetibili, quindi qualificare il processo per la parte che stai creando, perché avrai probabilmente diversi set di parametri per le diverse geometrie per le diverse parti [che] costruirai “, spiegò Olson.

“Non è che puoi semplicemente premere un pulsante e andare. C’è un sacco di ingegneria coinvolta su entrambi i lati. Anche il design del layout della tua build implicherà una certa iterazione del layout, in modo tale che la parte venga stampata correttamente. “

Una solida applicazione per la stampa 3D dell’esercito è l’attrezzo, poiché i cambiamenti in questo processo non necessitano di modifiche di progettazione.

Il dottor Patrick Fowler, a destra, ex ingegnere capo dell’Ex Lab in Afghanistan, lavora con un soldato su un’idea per una soluzione di materiale.

“È possibile ottenere tempi di risposta rapidi sugli utensili”, ha spiegato Flinn. “Il processo di progettazione ha luogo, ma la produzione può avvenire in pochi giorni anziché in settimane … Per i prototipi o per la produzione tradizionale, posso avere uno strumento fatto [additivo] e attivo e funzionante in 24 ore”.

Se applicata correttamente, la stampa 3D permetterà ai soldati schierati in tutto il mondo di fare quasi tutto ciò di cui hanno bisogno sul campo.

“Quali missioni possiamo risolvere? Stiamo trovando tutti i tipi di cose “, ha detto Phillis. “Gli humvees sono in via di definizione perché non hanno cappucci di gas. O si rompe il tappo del gas. Quando lo ordinano, devono sedersi lì per 30 giorni o 45 giorni o per quanto tempo ci vuole per farlo attraverso il sistema di approvvigionamento.

“Se riusciamo a produrlo in un paio d’ore, ora abbiamo un camion pronto per l’uso mentre aspettiamo che il sistema di approvvigionamento raggiunga il limite.”

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