3D-печать в обороне — от запчастей до ракетных двигателей

3D-печать в обороне, формально аддитивное производство, создаёт детали слой за слоем из металла, полимера или бетона и уже сокращает сроки изготовления компонентов, на ковку или литьё которых раньше уходили месяцы. Армии теперь применяют её для запчастей, ракетных двигателей, планеров дронов и даже казарм, и следующий вопрос — какую долю промышленной базы она может безопасно взять на себя.

Слой за слоем

Как строятся аддитивные детали

Месяцы вместо дней

Типичное сокращение сроков, заявляемое для некоторых запчастей

5

Основных семейств процессов рассмотрено здесь

2020

Год, когда HII сообщила об установке напечатанной детали на подлодку класса «Вирджиния»

Что такое 3D-печать в обороне

Аддитивное производство — промышленная версия настольного 3D-принтера: цифровая модель нарезается на тонкие слои, а машина наносит или сплавляет материал по одному слою. В обороне привлекательна не новизна, а логистика. Деталь, которую можно напечатать рядом с местом применения, избавляет от необходимости хранить тысячи редко востребованных запчастей.

Подход также служит страховкой от напряжённой цепочки поставок. Отливки и поковки для устаревших платформ часто поставляют несколько поставщиков, а часть оснастки уже не существует. Цифровому файлу оснастка не нужна, поэтому флоты и военно-воздушные силы оказались среди самых активных пользователей.

Как работает аддитивное производство

Основные аддитивные процессы, применяемые в обороне

Процесс	Принцип работы	Типичное оборонное применение
Лазерное сплавление в слое порошка	Лазер плавит металлический порошок тонкими слоями	Сложные детали из титана и никеля, компоненты двигателей
Прямое осаждение энергией	Сопло подаёт порошок или проволоку в ванну расплава	Ремонт изношенных деталей, крупные конструкции
Струйное связывание	Связующее скрепляет порошок, затем деталь спекается	Экономичные небольшие металлические детали
Экструзия полимеров и смолы	Пластик выдавливается или отверждается слоями	Планеры дронов, оснастка, корпуса
Печать бетоном	Роботизированная рука выдавливает цементную смесь	Казармы, укрытия, заграждения

Источник: отраслевые справочные материалы; названия процессов различаются у разных производителей.

Сплавление в слое порошка преобладает в дорогостоящей работе с металлом, поскольку позволяет делать внутренние каналы и решётчатые структуры, недоступные механической обработке. Каждую напечатанную деталь по-прежнему нужно проверять, подвергать термообработке и сертифицировать, и именно этап квалификации, а не сама печать, обычно определяет сроки.

Военное применение 3D-печати

Оборонное применение аддитивного производства

Область	Пример	Чем это полезно
Поддержание флота	Напечатанный медно-никелевый палубный шпигат на подлодке класса «Вирджиния», по сообщению HII	Сокращает сроки поставки малосерийных корабельных деталей
Авиакосмическая отрасль	Напечатанные детали из титана и никеля, по сообщениям, применяются в современных истребителях и двигателях	Более лёгкие детали, меньше узлов
Экспедиционные силы	Полевые принтеры, изготавливающие детали для дронов и оснастку	Ремонт вблизи линии фронта
Строительство	Испытания напечатанных бетонных казарм Корпусом морской пехоты США	Быстрые укрытия при меньшем числе рабочих
Беспилотные системы	Полимерные планеры небольших дронов на Украине и в других странах	Дешёвые, быстро дорабатываемые конструкции

Источник: сообщения компаний, видов вооружённых сил и прессы; конкретные цифры различаются и не проверены независимо.

Судостроитель HII сообщал об изготовлении и установке квалифицированных деталей на атомные подлодки США, а ВМС США содержат специальный центр передового опыта в области аддитивного производства. Украинские мастерские, по их собственным сообщениям, печатают на коммерческих машинах оперения гранат, крепления для дронов и запчасти — это быстро меняющаяся практика, которую трудно проверить со стороны.

Ракетные двигатели и ракеты, напечатанные на 3D-принтере

Больше всего аддитивное производство проявило себя в силовых установках. Стартапы вроде Ursa Major, о которой рассказывает наш профиль компании Ursa Major, печатают камеры и форсунки ракетных двигателей, чтобы сократить число деталей и сроки, а аэрокосмические гиганты используют напечатанные компоненты в планерах ракет и гиперзвуковых испытательных аппаратах.

Та же логика применима к дефициту боеприпасов, описанному в нашем обзоре дефицита твердотопливных ракетных двигателей. Напечатанные корпуса, сопла и оснастка могли бы ускорить наращивание выпуска, хотя энергетические материалы по-прежнему требуют традиционных, медленных и жёстко регулируемых процессов.

Ограничения 3D-печати в обороне

Напечатанный металл может содержать скрытые дефекты, например пористость, а детали самолётов и кораблей должны проходить строгие режимы квалификации. Машины дороги, порошки требуют аккуратного обращения, а квалифицированных операторов по-прежнему мало. Есть и аспект безопасности: цифровые файлы моделей становятся объектом кражи или подмены.

На практике аддитивное производство дополняет ковку и литьё, а не заменяет их. Оно выигрывает там, где объёмы малы, геометрия сложна или прежняя цепочка поставок разорвана.

Наконец, важна стоимость. Печать дёшева для одного сложного кронштейна, но редко превосходит массовое производство тысяч одинаковых изделий. Поэтому закупочные органы задают два вопроса: нужна ли деталь быстро и трудно ли изготовить её иным способом. Если ответ на любой из них «да», аддитивное производство, как правило, выигрывает.

Мнение редакции

Самые убедительные успехи — в поддержании эксплуатации и силовых установках, а не в печати целого оружия. Следите за скоростью сертификации: страна, которая быстрее всех квалифицирует напечатанные детали, превратит лабораторное преимущество в боеготовность флота.

3D-печать в обороне: часто задаваемые вопросы

Что такое аддитивное производство в армии?

Это использование 3D-печати для изготовления деталей, инструментов и конструкций по цифровым файлам, часто для запчастей и малосерийных изделий.

Можно ли напечатать ракету на 3D-принтере?

Такие части, как планеры, корпуса и компоненты двигателей, можно напечатать, но взрывчатые вещества и топлива по-прежнему требуют традиционного производства.