Γιατί οι ναυπηγοί εκτύπωσαν 3D ένα εξάρτημα για ένα πυρηνικό υποβρύχιο

Ένα υποβρύχιο με πλήρωμα είναι, στο πιο στοιχειώδες του επίπεδο, μια μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί μια φυσαλίδα αέρα κάτω από το νερό και να κρατά τον υπόλοιπο ωκεανό έξω. Η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού των υποβρυχίων – τα πάντα, από την πρόωση έως τους αισθητήρες έως τα χειριστήρια – πρέπει να σχεδιαστούν έχοντας κατά νου αυτόν τον πρωταρχικό σκοπό. Επειδή ολόκληρο το υποβρύχιο χρειάζεται να διατηρεί αυτόν τον προσεκτικό περιορισμό ανά πάσα στιγμή, αυτό που διαφορετικά θα μπορούσε να είναι ένα μηδενικό μέρος, όπως ένα συγκρότημα αποστράγγισης καταστρώματος, είναι κρίσιμο για τη μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα του υποβρυχίου. Στις 25 Σεπτεμβρίου, η ναυπηγική εταιρεία General Dynamics Electric Boat, μαζί με την Huntington Ingalls Industries, ανακοίνωσαν ότι είχαν χρησιμοποιήσει με επιτυχία την κατασκευή προσθέτων, γνωστή και ως

τρισδιάστατη εκτύπωση

, για να δημιουργήσουν ένα εξάρτημα για το υποβρύχιο Οκλαχόμα κλάσης Virginia.

Το τμήμα που εκτυπώθηκε είναι μια αποχέτευση καταστρώματος και κατασκευάστηκε στη γη από χαλκό-νικέλιο. Το εξάρτημα χρειάζεται ακόμα λίγη μηχανική κατεργασία για να το τελειοποιήσει προτού εγκατασταθεί, αλλά η εκτύπωση ενός εξαρτήματος αντικατάστασης είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός προς ευκολότερα, κατ’ απαίτηση ανταλλακτικά για επισκευή υποβρυχίου στο μέλλον.

«Αυτό το συλλογικό έργο αξιοποιεί τις εξουσιοδοτήσεις του Πολεμικού Ναυτικού που εξορθολογίζουν τις απαιτήσεις για εξαρτήματα κατασκευής πρόσθετων χαμηλού κινδύνου. Είναι δυνατό χάρη στην προνοητικότητα και τις μακροπρόθεσμες αναπτυξιακές προσπάθειες των μηχανικών μας να αναπτύξουμε πρόσθετα θαλάσσιων κραμάτων για τη ναυπηγική βιομηχανία», δήλωσε ο Dave Bolcar.

σε μια απελευθέρωση

. Ο Bolcar είναι ο αντιπρόεδρος της μηχανικής και του σχεδιασμού στο Newport News Shipyard, το τμήμα Huntington Ingalls Industries που εργάστηκε στο τρισδιάστατο εκτυπωμένο τμήμα.

[Related: An exclusive look inside where nuclear subs are born]

Η παραγωγή προσθέτων έχει ελκυστικότητα και χρησιμότητα σε χώρους χομπίστων, εμπορικών και βιομηχανικών χώρων για πολλούς λόγους. Η δυνατότητα γρήγορης δημιουργίας πρωτοτύπων εξαρτημάτων και στη συνέχεια παραγωγής φυσικών προσεγγίσεων για τελειοποίηση, είναι χρήσιμη. Είναι ακόμα ένα σημαντικό βήμα για να μεταβείτε από την εξερεύνηση ενός εξαρτήματος μέσω ενός τυπωμένου σχεδίου σε ένα τυπωμένο μέρος για να ολοκληρώσετε την εργασία που απαιτείται από ένα ολοκληρωμένο κομμάτι.

Η εκτύπωση εξαρτημάτων στη στεριά για επισκευή επιτρέπει στους ναυτικούς προμηθευτές να αποδείξουν ότι η τεχνολογία είναι εφαρμόσιμη και να την εφαρμόσουν στις άμεσες ανάγκες.

Σε ένα πλοίο και σε ένα υποβρύχιο περισσότερο από τα περισσότερα άλλα είδη πλοίων, κάθε μέρος πρέπει να ταιριάζει με ακρίβεια, εντός καθορισμένων παραμέτρων, έτσι ώστε το σκάφος να μπορεί να συνεχίσει να παραμένει στεγανό και αεροστεγές όπου χρειάζεται. Τα πλοία είναι επίσης βαθιά περιορισμένα στο χώρο επί του πλοίου, επομένως η διαθεσιμότητα ανταλλακτικών που αποθηκεύονται για έκτακτη ανάγκη ή ακόμα και απλή επισκευή ρουτίνας είναι πεπερασμένη και βασίζεται σε εκτιμήσεις πριν από την επιβίβαση των πλοίων. Οι ενσωματωμένοι εκτυπωτές θα επιτρέπουν την επισκευή σε εξέλιξη, ενώ οι εκτυπωτές στα λιμάνια μπορούν να διασφαλίσουν ότι τα νέα εξαρτήματα είναι έτοιμα για ελλιμενισμένα πλοία.

Απλώς εκτυπώστε το

Το Πολεμικό Ναυτικό δρα σε περιορισμένους χώρους και σε παγκόσμια σκηνή. Με βάσεις και λιμάνια διάσπαρτα σε όλο τον κόσμο, η διαχείριση του ανεφοδιασμού πλοίων και αεροπλάνων σημαίνει επίβλεψη των αλυσίδων εφοδιασμού σε μέρη τόσο μακριά όπως η Ισπανία και το Γκουάμ, και τα λιμάνια ενδιάμεσα. Την τελευταία δεκαετία, το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ έχει εξερευνήσει την τρισδιάστατη εκτύπωση ως έναν τρόπο να διευκολύνει αυτό το υλικοτεχνικό φορτίο.

Η αρχή της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι απλή. Εάν η πρώτη ύλη για πολλά εξαρτήματα μπορεί να αποθηκευτεί σε αδιαφοροποίητη μορφή και στη συνέχεια να παραχθεί όπως απαιτείται για επισκευές, αυτή η πρώτη ύλη και ο εκτυπωτής γίνονται πολύ πιο ευέλικτοι από το να έχουν στοιβαχτεί ήδη συναρμολογημένα κομ

μάτια

. Οι εκτυπωτές μπορούν να παράγουν σφάλματα στην κατασκευή, έτσι το Πολεμικό Ναυτικό έχει

πέρασε χρόνια

εργάζονται για το πώς να δημιουργήσετε πράγματα με ελάχιστο σφάλμα.

«Είμαστε στο μπροστινό μέρος αυτού. Υπάρχουν μέρη που απαιτούν αξιοπλοΐα για έγκριση και η μη αξιοπλοΐα, η μη αξιοπλοΐα είναι πιο εύκολο να γίνει», υποστράτηγος Steven Rudder του Σώματος Πεζοναυτών

είπε στο USNI News το 2018

. «Θα δείτε την παραγωγή προσθέτων, τόσο στη βιομηχανία όσο και στα FRC μας [Fleet Readiness Center]. Η Πολεμική

Αεροπορία

είναι μπροστά μας στην εκτύπωση μετάλλων. θα το δεις πραγματικά να απογειώνεται. Αυτό είναι μόνο στην αρχή των σταδίων».

Το Πολεμικό Ναυτικό διερεύνησε επίσης όχι μόνο να διαθέτει τρισδιάστατους εκτυπωτές στα λιμάνια, αλλά και εκτυπωτές στα πλοία, έτοιμους να εκτυπώσουν ανταλλακτικά ενώ βρισκόταν σε εξέλιξη.

Το 2021, το Πολεμικό Ναυτικό δοκίμασε έναν μεγάλο, σχεδόν σε μέγεθος δωματίου, 3D εκτυπωτή από τη Xerox, ο οποίος μπορούσε να δημιουργήσει εξαρτήματα από αλουμίνιο σε μια βάση στη στεριά. Το 2022, το Πολεμικό Ναυτικό εγκατέστησε επίσης έναν πανομοιότυπο εκτυπωτή στο USS Essex, ένα πλοίο που σε οποιοδήποτε άλλο ναυτικό θα μπορούσε να θεωρηθεί ως αεροπλανοφόρο πλήρους μεγέθους, αλλά για τις ΗΠΑ ταξινομείται ως αποβάθρα ελικοπτέρων προσγείωσης. Οι παράλληλες δοκιμές εκτυπωτών στη θάλασσα και στη στεριά ήταν για να δουν εάν οι συνθήκες του ωκεανού, με την υγρασία και τα λικνιζόμενα κύματα, θα έδιναν διαφορετικά αποτελέσματα από τα ίδια μέρη που κατασκευάζονται στην ξηρά. (Φωτοτυπία

πουλήθηκε τελικά

του τμήματος τρισδιάστατων εκτυπώσεων

άλλη εταιρεία

στον χώρο παραγωγής προσθέτων.)

Όσον αφορά την εκτύπωση εξαρτημάτων για το υποβρύχιο, ο χώρος είναι ήδη υψηλότερος, ακόμη περισσότερο από ό,τι σε ένα σκάφος επιφανείας. Η κατασκευή των εξαρτημάτων αποστράγγισης με την κατασκευή προσθέτων δείχνει ότι, ενώ τα

υποβρύχια

μπορεί να μην μπορούν να εκτυπώσουν τα δικά τους εξαρτήματα, τα μικρά, κοσμικά αλλά ζωτικής σημασίας κομμάτια που χρειάζονται για τη λειτουργία του πλοίου μπορούν ακόμα να κατασκευαστούν κατά παραγγελία. Κάθε μέρος ενός πλοίου φαίνεται κοσμικό έως ότου δεν λειτουργεί και πρέπει να αντικατασταθεί, και στη συνέχεια ξαφνικά γίνεται κρίσιμο.