March 3, 2024

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

Ένα επανδρωμένο υποβρύχιο είναι, στο πιο βασικό του επίπεδο, μια μηχανή που έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί μια φυσαλίδα αέρα κάτω από το νερό και να κρατά έξω τον υπόλοιπο ωκεανό. Η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού των υποβρυχίων – από την πρόωση έως τους αισθητήρες και τα χειριστήρια – πρέπει να σχεδιαστεί έχοντας κατά νου αυτόν τον πρωταρχικό σκοπό. Επειδή ολόκληρο το υποβρύχιο πρέπει να διατηρεί αυτόν τον προσεκτικό περιορισμό ανά πάσα στιγμή, αυτό που διαφορετικά θα μπορούσε να είναι ένα ασήμαντο κομμάτι, όπως ένα συγκρότημα αποστράγγισης καταστρώματος, είναι ζωτικής σημασίας 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 τυπωμένο μέρος είναι αποχέτευση καταστρώματος και κατασκευάστηκε στο χώμα με χαλκό-νικέλιο. Το εξάρτημα χρειάζεται ακόμα κάποια κατεργασία για να το τελειοποιήσει πριν το εγκαταστήσει, αλλά η εκτύπωση ενός ανταλλακτικού είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός προς ευκολότερα, κατ’ απαίτηση ανταλλακτικά για επισκευή υποβρυχίου στο μέλλον.

«Αυτό το συλλογικό έργο εκμεταλλεύεται τις εξουσιοδοτήσεις που έχουν χορηγηθεί από το Πολεμικό Ναυτικό που εξορθολογίζουν τις απαιτήσεις για εξαρτήματα κατασκευής πρόσθετων χαμηλού κινδύνου. «Είναι δυνατό μέσω της πρόβλεψης και των μακροπρόθεσμων αναπτυξιακών προσπαθειών των μηχανικών μας να εφαρμόσουμε πρόσθετα θαλάσσια κράματα για τη ναυπηγική βιομηχανία», δήλωσε ο Dave Bolcar σε μια δήλωση. Ο Bolcar είναι αντιπρόεδρος μηχανικής και σχεδίασης στο Newport News Shipyard, το τμήμα της Huntington Ingalls Industries που εργάστηκε στο 3D εκτυπωμένο μέρος.

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

Η κατασκευή προσθέτων έχει ελκυστικότητα και χρησιμότητα σε βιομηχανικούς, εμπορικούς και χόμπι χώρους για διάφορους λόγους. Η δυνατότητα γρήγορης δημιουργίας πρωτοτύπων εξαρτημάτων και στη συνέχεια παραγωγής φυσικών προσεγγίσεων για τη βελτίωση τους είναι χρήσιμη. Εξακολουθεί να είναι ένα σημαντικό βήμα για να προχωρήσετε από την εξερεύνηση ενός εξαρτήματος μέσω ενός τυπωμένου σχεδίου στο να έχετε ένα τυπωμένο μέρος να ανταποκρίνεται στην εργασία που απαιτείται από ένα έτοιμο κομμάτι.

Η εκτύπωση εξαρτημάτων στην ξηρά για επισκευή επιτρέπει στους ναυτικούς προμηθευτές να αποδείξουν ότι η τεχνολογία είναι βιώσιμη και να την εφαρμόσουν στις άμεσες ανάγκες.

Σε ένα πλοίο και σε ένα υποβρύχιο περισσότερο από τους περισσότερους άλλους τύπους πλοίων, κάθε εξάρτημα πρέπει να ταιριάζει με ακρίβεια, εντός καθορισμένων παραμέτρων, έτσι ώστε το πλοίο να μπορεί να παραμείνει στεγανό και αεροστεγές όπου χρειάζεται. Τα πλοία έχουν επίσης πολύ περιορισμένο χώρο επί του σκάφους, επομένως η διαθεσιμότητα ανταλλακτικών στην αποθήκευση για επείγουσες περιπτώσεις ή ακόμα και επισκευές ρουτίνας είναι πεπερασμένη και βασίζεται σε εκτιμήσεις πριν από την επιβίβαση. Οι ενσωματωμένοι εκτυπωτές θα επιτρέπουν την πραγματοποίηση επισκευών, ενώ οι εκτυπωτές στα λιμάνια μπορούν να διασφαλίσουν ότι τα νέα εξαρτήματα είναι έτοιμα για ελλιμενισμένα πλοία.

Το 3D εκτυπωμένο σετ αποχέτευσης.
Η τρισδιάστατη εκτυπωμένη διάταξη αποστράγγισης. Ashley Cowan/HII

απλά εκτυπώστε το

Το Πολεμικό Ναυτικό δρα σε περιορισμένους χώρους και σε παγκόσμια σκηνή. Με τις βάσεις και τα λιμάνια να εξαπλώνονται σε όλο τον κόσμο, η διαχείριση του ανεφοδιασμού πλοίων και αεροσκαφών σημαίνει επίβλεψη των αλυσίδων εφοδιασμού τόσο μακριά όσο η Ισπανία και το Γκουάμ, και τα λιμάνια ενδιάμεσα. Την τελευταία δεκαετία, το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ έχει εξερευνήσει την τρισδιάστατη εκτύπωση ως τρόπο για να μετριάσει αυτό το υλικοτεχνικό βάρος.

Η αρχή της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι απλή. Εάν οι πρώτες ύλες για πολλά εξαρτήματα μπορούν να αποθηκευτούν αδιαφοροποίητες και στη συνέχεια να παραχθούν όπως απαιτείται για επισκευές, αυτή η πρώτη ύλη και ο εκτυπωτής γίνονται πολύ πιο ευέλικτοι από το να έχουν ήδη συναρμολογημένα εξαρτήματα στην αποθήκευση. Οι εκτυπωτές μπορούν να παράγουν σφάλματα στην κατασκευή, επομένως το Πολεμικό Ναυτικό έχει περάσει χρόνια δουλεύοντας για το πώς να δημιουργήσει πράγματα με ελάχιστα σφάλματα.

«Είμαστε στην πρώτη γραμμή σε αυτό. Υπάρχουν εξαρτήματα που απαιτούν αξιοπλοΐα για έγκριση και εξαρτήματα που δεν είναι αξιόπλοα, εξαρτήματα που δεν είναι αξιόπλοα είναι πιο εύκολο να επιτευχθούν», δήλωσε ο υποστράτηγος του Σώματος Πεζοναυτών Steven Rudder στο USNI News το 2018. «Θα δούμε την κατασκευή προσθέτων, τόσο στη βιομηχανία όσο και στο FRC μας [Fleet Readiness Center]. Η Πολεμική Αεροπορία είναι μπροστά μας στην εκτύπωση μετάλλων. Θα δεις ότι πραγματικά απογειώνεται. «Αυτή είναι μόνο η 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 πλέουν.

Το 2021, το Πολεμικό Ναυτικό δοκίμασε έναν μεγάλο τρισδιάστατο εκτυπωτή από τη Xerox, σχεδόν σε μέγεθος δωματίου, που θα μπορούσε να δημιουργήσει εξαρτήματα αλουμινίου σε χερσαία βάση. Το 2022, το Πολεμικό Ναυτικό εγκατέστησε επίσης έναν πανομοιότυπο εκτυπωτή στο USS Essex, ένα πλοίο που σε οποιοδήποτε άλλο ναυτικό θα μετρούσε ως αεροπλανοφόρο πλήρους μεγέθους, αλλά για τις ΗΠΑ ταξινομείται ως αποβάθρα προσγείωσης για ελικόπτερα. Οι παράλληλες δοκιμές των εκτυπωτών στη θάλασσα και στη στεριά επρόκειτο να δουν εάν οι συνθήκες της ύπαρξης στον ωκεανό, με υγρασία και κυλιόμενα κύματα, θα έδιναν διαφορετικά αποτελέσματα από τα ίδια μέρη που κατασκευάζονται στην ξηρά. (Η Xerox τελικά πούλησε το τμήμα τρισδιάστατης εκτύπωσης σε άλλη εταιρεία στον χώρο κατασκευής πρόσθετων.)

Όσον αφορά την εκτύπωση εξαρτημάτων για το υποβρύχιο, ο χώρος είναι ήδη υψηλότερος, ακόμη περισσότερο από ό,τι σε ένα σκάφος επιφανείας. Η κατασκευή εξαρτημάτων αποστράγγισης με χρήση πρόσθετων δείχνει ότι, ενώ τα υποβρύχια μπορεί να μην μπορούν να εκτυπώσουν τα δικά τους μέρη, τα μικρά, κοσμικά αλλά ζωτικής σημασίας εξαρτήματα που χρειάζονται για τη λειτουργία του πλοίου μπορούν ακόμα να παραχθούν κατόπιν παραγγελίας. Κάθε μέρος ενός πλοίου φαίνεται κοσμικό μέχρι να σταματήσει να λειτουργεί και να χρειαστεί αντικατάσταση, και ξαφνικά γίνεται κρίσιμο.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *