در اوایل آگوست 2016 ، نیروی دریایی ایالات متحده با موفقیت تیلتروتور Osprey MV-22 را آزمایش کرد. این هواپیما به خودی خود غیر معمول نیست. این وسیله نقلیه دو روت برای مدت طولانی در خدمت نیروی دریایی آمریکا بوده است (در نیمه دوم دهه 1980 به کار گرفته شد) ، اما برای اولین بار در تاریخ ، قطعات مهم بر روی یک تیلتروتور نصب شد (ایمنی پرواز به طور مستقیم به آنها بستگی دارد) ، که چاپگر سه بعدی بودند.
برای آزمایش ، ارتش آمریکا براکتی را برای اتصال موتور به بال تیلتروتور از تیتانیوم با استفاده از پخت مستقیم لیزر لایه به لایه چاپ کرد. در همان زمان ، یک فشار سنج بر روی خود براکت نصب شده بود ، که برای ثبت تغییر شکل احتمالی قطعه طراحی شده بود. هر یک از دو موتور تیلتروتور Osprey MV-22 با استفاده از چهار براکت به بال متصل می شوند. در همان زمان ، در زمان اولین پرواز آزمایشی tiltrotor ، که در 1 اوت 2016 انجام شد ، فقط یک براکت ، چاپ شده بر روی چاپگر سه بعدی ، روی آن نصب شد. پیشتر گزارش شده بود که پایه های ناسل چاپ شده به روش چاپ سه بعدی نیز بر روی تیلتروتور نصب شده است.
توسعه قطعات چاپ شده برای تیلتروتور توسط مرکز عملیات رزمی هوانوردی نیروی دریایی ایالات متحده واقع در پایگاه مشترک مک گوایر-دیکس-لیکاهرست در نیوجرسی انجام شد. آزمایش های پرواز Osprey MV-22 با قطعات چاپ شده در پایگاه رودخانه Patxent River نیروی دریایی ایالات متحده انجام شد ، آزمایشات توسط ارتش کاملاً موفقیت آمیز شناخته شد. ارتش آمریکا معتقد است که به لطف معرفی گسترده چاپ سه بعدی ، فناوری در آینده قادر به تولید سریع و نسبتاً ارزان قطعات یدکی مبدل ها خواهد بود. در این حالت ، جزئیات لازم را می توان مستقیماً روی کشتی ها چاپ کرد. علاوه بر این ، قطعات چاپ شده را می توان به منظور بهبود عملکرد مجموعه ها و سیستم های روی صفحه اصلاح کرد.
براکت موتور تیتانیوم چاپ شده
ارتش آمریکا چند سال پیش به فناوری های چاپ سه بعدی علاقه مند بود ، اما تا همین اواخر ، عملکرد چاپگرهای سه بعدی آنقدر وسیع نبود که به طور معمول برای ساخت قطعات نسبتاً پیچیده مورد استفاده قرار گیرد. قطعات tiltrotor با استفاده از یک چاپگر سه بعدی افزودنی ایجاد شده است. این قسمت به تدریج در لایه ها ساخته می شود. هر سه لایه گرد و غبار تیتانیوم با لیزر متصل می شوند ، این روند تا زمانی که لازم باشد تکرار می شود تا شکل مورد نظر به دست آید. پس از اتمام ، مازاد از قسمت قطع می شود. عنصر به دست آمده کاملاً آماده استفاده است. از آنجا که آزمایشات با موفقیت به پایان رسید ، ارتش آمریکا در اینجا متوقف نمی شود ، آنها قصد دارند 6 عنصر سازه ای مهمتر از تیلتروتور را بسازند که نیمی از آنها نیز تیتانیوم و دیگری فولاد است.
چاپ سه بعدی در روسیه و در سراسر جهان
با وجود این واقعیت که نوع تولید چاپگر چند سال پیش در ایالات متحده و روسیه با موفقیت اجرا شد ، ایجاد عناصر برای تجهیزات نظامی در مرحله نهایی شدن و آزمایش است. اول از همه ، این به دلیل نیازهای بسیار بالا برای همه محصولات نظامی است ، عمدتا از نظر قابلیت اطمینان و دوام.با این حال ، آمریکایی ها در پیشرفت در این زمینه تنها نیستند. طراحان روسی برای دومین سال متوالی قطعاتی برای تفنگ های تهاجمی و تپانچه های توسعه یافته با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی تولید می کنند. فناوری های جدید در زمان طراحی ارزشمند صرفه جویی می کند. و قرار دادن چنین قطعاتی در جریان می تواند جایگزینی سریع در میدان ، در گردان های تعمیر ایجاد کند ، زیرا نیازی به منتظر قطعات یدکی کارخانه برای همان تانک ها یا هواپیماهای بدون سرنشین نیست.
برای زیردریایی ها ، پرینترهای سه بعدی نظامی به اندازه طلا ارزش دارند ، زیرا در صورت مسیریابی خودکار در مسافت های طولانی ، جایگزینی قطعات توسط خود زیردریایی ها ، منبع تقریباً تمام نشدنی به زیردریایی می دهد. وضعیت مشابهی در مورد کشتی هایی که به سفرهای طولانی و یخ شکن می روند مشاهده می شود. اکثر این کشتی ها در آینده نزدیک هواپیماهای بدون سرنشین دریافت می کنند که در نهایت نیاز به تعمیر یا جایگزینی کامل دارند. اگر یک چاپگر سه بعدی در کشتی ظاهر شود که امکان چاپ سریع قطعات یدکی را فراهم می کند ، در عرض چند ساعت می توانید دوباره از تجهیزات استفاده کنید. در شرایط گذرا بودن عملیات و تحرک بالای تئاتر عملیات نظامی ، مونتاژ محلی برخی از قسمتها ، مجامع و مکانیزمها در محل به شما امکان می دهد سطح بالایی از کارایی واحدهای پشتیبانی را حفظ کنید.
Osprey MV-22
در حالی که ارتش آمریکا هواپیماهای مبدل خود را راه اندازی می کند ، تولید کنندگان روسی تانک آرماتا برای دومین سال است که از چاپگر صنعتی در اورالواگونزاوود استفاده می کنند. با کمک آن ، قطعات خودروهای زرهی و همچنین محصولات غیرنظامی تولید می شود. اما تا کنون ، چنین قطعاتی فقط برای نمونه های اولیه استفاده می شود ، به عنوان مثال ، آنها در ایجاد مخزن Armata و آزمایشات آن استفاده می شوند. در دستورالعمل کلاشینکف ، و همچنین در TsNIITOCHMASH ، به دستور ارتش روسیه ، طراحان با استفاده از چاپگرهای سه بعدی قسمت های مختلف سلاح های کوچک را از تراشه های فلزی و پلیمری تهیه می کنند. دفتر طراحی ابزار تولا به نام شیپونوف ، CPB معروف ، که به خاطر مجموعه ای غنی از سلاح های ساخته شده مشهور است: از تپانچه گرفته تا موشک های با دقت بالا ، از آنها عقب نمی ماند. به عنوان مثال ، یک تپانچه امیدوار کننده و یک تفنگ حمله ای ADS ، که برای جایگزینی نیروهای ویژه AK74M و APS در نظر گرفته شده است ، از قطعات پلاستیکی با استحکام بالا که روی چاپگر چاپ می شوند ، مونتاژ می شود. برای برخی از محصولات نظامی ، CPB قبلاً قادر به ایجاد قالب بوده است ؛ در حال حاضر ، مجموعه سری محصولات در حال کار است.
در شرایطی که مسابقه تسلیحاتی جدیدی در جهان مشاهده می شود ، زمان انتشار انواع جدید سلاح مهم می شود. به عنوان مثال ، در خودروهای زرهی ، تنها فرایند ایجاد یک مدل و انتقال آن از نقاشی ها به نمونه اولیه معمولاً یک یا دو سال طول می کشد. هنگام توسعه زیردریایی ها ، این دوره 2 برابر بیشتر است. الکسی کندریتف ، متخصص در زمینه نیروی دریایی خاطرنشان می کند: "فناوری چاپ سه بعدی دوره زمانی را چندین بار به چند ماه کاهش می دهد." - طراحان هنگام طراحی یک مدل سه بعدی بر روی کامپیوتر می توانند در طراحی وقت صرفه جویی کرده و بلافاصله نمونه اولیه قسمت مورد نظر را بسازند. اغلب ، قطعات با در نظر گرفتن آزمایشات انجام شده و در مرحله بازنگری مجدد کار می شوند. در این حالت ، می توانید مجموعه را به جای قطعه رها کرده و تمام ویژگی های مکانیکی ، نحوه تعامل قطعات با یکدیگر را بررسی کنید. در نهایت ، زمان بندی نمونه سازی به طراحان این امکان را می دهد تا کل زمان ورود اولین نمونه به مرحله آزمایش را کاهش دهند. امروزه ایجاد یک زیردریایی هسته ای نسل جدید 15-20 سال طول می کشد: از طرح تا آخرین پیچ در هنگام مونتاژ. با توسعه بیشتر چاپ سه بعدی صنعتی و راه اندازی تولید انبوه قطعات به این روش ، می توان محدوده زمانی را حداقل 1.5-2 بار کاهش داد."
به گفته کارشناسان ، فناوری های مدرن در حال حاضر یک تا دو سال با تولید انبوه قطعات تیتانیوم در چاپگرهای سه بعدی فاصله دارند.به جرات می توان گفت که تا پایان سال 2020 ، نمایندگان نظامی در شرکت های مجتمع نظامی-صنعتی تجهیزاتی را می پذیرند که 30 تا 50 درصد با استفاده از فناوری های چاپ سه بعدی مونتاژ می شوند. در عین حال ، بزرگترین اهمیت برای دانشمندان ایجاد قطعات سرامیکی در چاپگر سه بعدی است که با استحکام بالا ، سبکی و ویژگی های محافظ حرارتی مشخص می شوند. این ماده در صنایع فضایی و هوانوردی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد ، اما می توان از آن در حجم های بزرگتر نیز استفاده کرد. به عنوان مثال ، ایجاد یک موتور سرامیکی روی چاپگر سه بعدی ، افق ایجاد هواپیماهای مافوق صوت را باز می کند. با چنین موتوری ، یک هواپیمای مسافربری می تواند در عرض چند ساعت از ولادیوستوک به برلین پرواز کند.
همچنین گزارش شده است که دانشمندان آمریکایی یک فرمول رزین مخصوص چاپ در چاپگرهای سه بعدی اختراع کرده اند. ارزش این فرمول در استحکام بالای مواد بدست آمده از آن نهفته است. به عنوان مثال ، چنین ماده ای می تواند دمای بحرانی را که بیش از 1700 درجه سانتیگراد است ، تحمل کند ، که ده برابر بیشتر از مقاومت بسیاری از مواد مدرن است. استفانی تامپکینز ، مدیر علوم تحقیقات دفاعی پیشرفته ، تخمین می زند که مواد جدید ایجاد شده با چاپگرهای سه بعدی دارای ترکیب منحصر به فردی از ویژگی ها و ویژگی هایی هستند که قبلاً مشاهده نشده بود. به لطف فناوری جدید ، تامپکینز می گوید ما قادر خواهیم بود قطعه ای بادوام تولید کنیم که هم سبک باشد و هم عظیم. دانشمندان بر این باورند که تولید قطعات سرامیکی روی چاپگر سه بعدی به معنای پیشرفت علمی از جمله در تولید محصولات غیرنظامی است.
اولین ماهواره سه بعدی روسی
در حال حاضر ، فناوری چاپ سه بعدی در حال تولید قطعات به طور مستقیم در ایستگاه های فضایی است. اما متخصصان داخلی تصمیم گرفتند حتی فراتر بروند ، آنها بلافاصله تصمیم گرفتند با استفاده از چاپگر سه بعدی یک ماهواره کوچک ایجاد کنند. Rocket and Space Corporation Energia یک ماهواره ساخته است که بدنه ، براکت و تعدادی دیگر از قسمتهای آن به صورت سه بعدی چاپ شده است. در عین حال ، یک توضیح مهم این است که ریز ماهواره توسط مهندسان Energia و دانشجویان دانشگاه پلی تکنیک تومسک (TPU) ایجاد شده است. اولین ماهواره چاپگر نام کامل "Tomsk-TPU-120" (شماره 120 به نام به افتخار 120 مین سالگرد دانشگاه ، که در مه 2016 جشن گرفته شد) را دریافت کرد. این ماهواره در بهار سال 2016 به همراه فضاپیمای Progress MS-02 با موفقیت به فضا پرتاب شد ، ماهواره به ISS تحویل داده شد و سپس به فضا پرتاب شد. این واحد اولین و تنها ماهواره سه بعدی جهان است.
ماهواره ای که توسط دانشجویان TPU ایجاد شده متعلق به کلاس نانو ماهواره ها (CubSat) است. ابعاد زیر 300x100x100 میلی متر است. این ماهواره اولین فضاپیمای جهان بود که دارای بدنه چاپ سه بعدی بود. در آینده ، این فناوری ممکن است به پیشرفت بزرگی در ایجاد ماهواره های کوچک تبدیل شود و همچنین استفاده از آنها را در دسترس و گسترده تر کند. طراحی فضاپیما در مرکز علمی و آموزشی TPU "فن آوری های تولید مدرن" توسعه یافته است. موادی که ماهواره از آنها ساخته شده است توسط دانشمندان دانشگاه پلی تکنیک تومسک و موسسه فیزیک قوی و علوم مواد شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه ایجاد شده است. هدف اصلی این ماهواره آزمایش فناوری های جدید علوم مواد فضایی بود ؛ به دانشمندان روسی کمک می کند تا چندین پیشرفت دانشگاه تومسک و شرکای آن را آزمایش کنند.
به گفته سرویس مطبوعاتی دانشگاه ، پرتاب نانوماهواره Tomsk-TPU-120 برنامه ریزی شده بود که در طول راهپیمایی فضایی از ISS انجام شود. این ماهواره یک فضاپیمای نسبتاً جمع و جور اما در عین حال کامل است که مجهز به باتری ، پنل های خورشیدی ، تجهیزات رادیویی و سایر وسایل است.اما ویژگی اصلی آن چاپ سه بعدی بدنه آن بود.
سنسورهای مختلف نانو ماهواره دما را روی صفحه ، روی باتری ها و بردها و پارامترهای قطعات الکترونیکی را ثبت می کنند. سپس تمام این اطلاعات به صورت آنلاین به زمین منتقل می شود. بر اساس این اطلاعات ، دانشمندان روسی قادر خواهند بود وضعیت مواد ماهواره ای را تجزیه و تحلیل کرده و تصمیم بگیرند که آیا در آینده از آنها در توسعه و ساخت سفینه های فضایی استفاده خواهند کرد. لازم به ذکر است که جنبه مهم توسعه فضاپیماهای کوچک نیز آموزش پرسنل جدید برای این صنعت است. امروزه ، دانشجویان و معلمان دانشگاه پلی تکنیک تومسک ، با دستان خود ، طرح های مختلف انواع فضاپیماهای کوچک را توسعه ، تولید و بهبود می دهند ، در حالی که نه تنها دانش اساسی با کیفیت بالا ، بلکه مهارت های عملی لازم را نیز به دست می آورند. این همان چیزی است که فارغ التحصیلان این موسسه آموزشی را در آینده متخصصان منحصر به فردی می کند.
برنامه های آینده دانشمندان و نمایندگان صنعت روسیه شامل ایجاد دسته ای از ماهواره های دانشگاهی است. "امروز ما در مورد نیاز به ایجاد انگیزه در دانش آموزانمان برای مطالعه هر چیزی که به طریقی با فضا مرتبط است صحبت می کنیم - می تواند انرژی ، مواد و ایجاد موتورهای نسل جدید و غیره باشد. ما قبلاً بحث کردیم که علاقه به فضا در این کشور تا حدودی کم رنگ شده است ، اما می توان آن را دوباره احیا کرد. برای انجام این کار ، لازم است نه حتی از نیمکت دانش آموز ، بلکه از نیمکت مدرسه شروع کنید. بنابراین ، ما مسیر توسعه و تولید CubeSat - ماهواره های کوچک را در پیش گرفته ایم "، - سرویس مطبوعاتی موسسه پلی تکنیک تومسک با اشاره به رئیس این موسسه آموزشی عالی ، پیتر چوبیک ، یادآور می شود.
