Anfang August 2016 testete die US Navy erfolgreich den Osprey MV-22 Tiltrotor. Dieses Flugzeug selbst ist nicht ungewöhnlich. Das Doppelrotorfahrzeug ist lange Zeit bei der amerikanischen Marine im Einsatz (es wurde in der zweiten Hälfte der 1980er Jahre in Dienst gestellt), aber zum ersten Mal in der Geschichte wurden kritische Teile an einem Tiltrotor (Flugsicherheit hängt direkt von ihnen ab), die 3D-gedruckte Drucker waren.
Zu Testzwecken druckte das US-Militär eine Halterung zur Befestigung des Triebwerks am Flügel des Tiltrotors aus Titan im direkten schichtweisen Lasersintern. Gleichzeitig wurde an der Halterung selbst ein Dehnungsmessstreifen montiert, der eine mögliche Verformung des Teils registrieren soll. Jeder der beiden Motoren des Osprey MV-22 Tiltrotors ist mit vier solcher Halterungen am Flügel befestigt. Gleichzeitig war zum Zeitpunkt des ersten Testflugs des Tiltrotors, der am 1. August 2016 stattfand, nur eine Halterung, gedruckt auf einem 3D-Drucker, darauf montiert. Früher wurde berichtet, dass die im dreidimensionalen Druckverfahren gedruckten Gondelhalterungen auch auf dem Kipprotor installiert wurden.
Die Entwicklung der gedruckten Teile für den Tiltrotor wurde vom US Navy Aviation Combat Operations Center auf der McGuire-Dix-Lakehurst Joint Base in New Jersey durchgeführt. Flugtests der Osprey MV-22 mit gedruckten Teilen wurden auf der US Navy Patxent River Basis durchgeführt, die Tests wurden vom Militär als vollständig erfolgreich anerkannt. Das amerikanische Militär geht davon aus, dass dank der flächendeckenden Einführung des dreidimensionalen Drucks die Technik in Zukunft schnell und relativ günstig Ersatzteile für Konverter herstellen kann. In diesem Fall können die notwendigen Angaben direkt auf den Schiffen gedruckt werden. Darüber hinaus können die gedruckten Teile dann modifiziert werden, um die Leistung der Onboard-Baugruppen und -Systeme zu verbessern.
Bedruckte Motorhalterung aus Titan
Das US-Militär interessierte sich vor einigen Jahren für 3D-Drucktechnologien, aber bis vor kurzem war die Funktionalität von 3D-Druckern nicht breit genug, um routinemäßig zum Bau relativ komplexer Teile verwendet zu werden. Die Teile für den Tiltrotor wurden mit einem additiven 3D-Drucker erstellt. Das Teil wird nach und nach in Schichten hergestellt. Alle drei Schichten Titanstaub werden mit einem Laser verbunden, dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Form erreicht ist. Nach Fertigstellung wird der Überschuss vom Teil abgeschnitten; das resultierende Element ist vollständig einsatzbereit. Da die Tests erfolgreich abgeschlossen wurden, wird das amerikanische Militär hier nicht aufhören, es werden 6 weitere wichtige Strukturelemente des Tiltrotors bauen, von denen die Hälfte ebenfalls aus Titan und die andere aus Stahl bestehen wird.
3D-Druck in Russland und weltweit
Trotz der Tatsache, dass die Produktionsart Drucker bereits vor einigen Jahren in den USA und Russland erfolgreich eingeführt wurde, befindet sich die Erstellung von Elementen für militärische Ausrüstung in der Finalisierung und Erprobung. Dies liegt zum einen an den sehr hohen Anforderungen an alle militärischen Produkte, vor allem in Bezug auf Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Die Amerikaner sind jedoch nicht die einzigen, die in diesem Bereich Fortschritte machen. Bereits im zweiten Jahr in Folge produzieren russische Designer Teile für die entwickelten Sturmgewehre und Pistolen im 3D-Druck. Neue Technologien sparen wertvolle Zeichenzeit. Und die Inbetriebnahme solcher Teile kann einen schnellen Austausch im Feld, in Reparaturbataillonen, ermöglichen, da nicht auf Ersatzteile aus der Fabrik für dieselben Panzer oder unbemannten Luftfahrzeuge gewartet werden muss.
Für U-Bootfahrer werden militärische 3D-Drucker einfach Gold wert sein, denn bei autonomer Fernnavigation wird dem U-Boot durch den Austausch von Teilen durch die U-Bootfahrer selbst eine schier unerschöpfliche Ressource zur Verfügung gestellt. Eine ähnliche Situation wird bei Schiffen auf langen Fahrten und Eisbrechern beobachtet. Die meisten dieser Schiffe werden in naher Zukunft Drohnen erhalten, die irgendwann repariert oder komplett ersetzt werden müssen. Wenn auf dem Schiff ein 3D-Drucker auftaucht, der es ermöglicht, schnell Ersatzteile zu drucken, dann ist die Ausrüstung in wenigen Stunden wieder einsatzbereit. Unter den Bedingungen der Vergänglichkeit der Operationen und der hohen Mobilität des Kriegsschauplatzes wird die lokale Montage bestimmter Teile, Baugruppen und Mechanismen direkt vor Ort die Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz der Unterstützungseinheiten ermöglichen.
Fischadler MV-22
Während das US-Militär seine Convertiplane startet, setzen russische Hersteller des Panzers Armata bereits im zweiten Jahr in Uralvagonzavod einen Industriedrucker ein. Mit seiner Hilfe werden Teile für gepanzerte Fahrzeuge sowie zivile Produkte hergestellt. Bisher werden solche Teile jedoch nur für Prototypen verwendet, zum Beispiel wurden sie bei der Entwicklung des Armata-Panzers und seiner Tests verwendet. Sowohl beim Kalashnikov-Konzern als auch bei TsNIITOCHMASH stellen Designer im Auftrag des russischen Militärs verschiedene Teile von Kleinwaffen aus Metall- und Polymerchips mit 3D-Druckern her. Das nach Shipunov benannte Tula Instrument Design Bureau, die berühmte CPB, die für eine reiche Auswahl an hergestellten Waffen bekannt ist: von Pistolen bis hin zu hochpräzisen Raketen, bleibt ihnen nicht hinterher. So werden beispielsweise eine vielversprechende Pistole und ein ADS-Sturmgewehr, das die Spezialeinheiten AK74M und APS ersetzen soll, aus hochfesten Kunststoffteilen zusammengesetzt, die auf einem Drucker gedruckt werden. Für einige Militärprodukte konnte das CPB bereits Formen herstellen, derzeit wird an der Serienmontage der Produkte gearbeitet.
Unter den Bedingungen, in denen ein neues Wettrüsten in der Welt beobachtet wird, wird der Zeitpunkt der Veröffentlichung neuer Waffentypen wichtig. Bei gepanzerten Fahrzeugen beispielsweise dauert nur der Prozess der Erstellung eines Modells und der Übertragung von Zeichnungen auf einen Prototyp normalerweise ein oder zwei Jahre. Bei der Entwicklung von U-Booten ist dieser Zeitraum bereits 2-mal länger. „Die 3D-Drucktechnologie wird den Zeitraum um ein Vielfaches auf mehrere Monate verkürzen“, bemerkt Alexey Kondratyev, ein Experte auf dem Gebiet der Marine. - Konstrukteure können beim Entwerfen eines 3D-Modells auf einem Computer Zeit bei Zeichnungen sparen und sofort einen Prototyp des gewünschten Teils erstellen. Sehr oft werden Teile unter Berücksichtigung der durchgeführten Tests und im Revisionsprozess nachbearbeitet. In diesem Fall können Sie die Baugruppe anstelle des Teils freigeben und alle mechanischen Eigenschaften überprüfen, wie die Teile miteinander interagieren. Letztendlich ermöglicht der Zeitpunkt des Prototypings den Designern, die Gesamtzeit bis zum Eintritt des ersten fertigen Musters in die Testphase zu verkürzen. Heutzutage dauert es etwa 15-20 Jahre, um ein Atom-U-Boot der neuen Generation zu bauen: von der Skizze bis zur letzten Schraube beim Zusammenbau. Mit der Weiterentwicklung des industriellen dreidimensionalen Drucks und der Einführung der Massenproduktion von Teilen auf diese Weise kann der Zeitrahmen um mindestens das 1,5-2fache reduziert werden.“
Moderne Technologien sind Experten zufolge mittlerweile ein bis zwei Jahre von der Massenproduktion von Titanteilen auf 3D-Druckern entfernt. Man kann mit Sicherheit sagen, dass die Militärvertreter in den Unternehmen des militärisch-industriellen Komplexes bis Ende 2020 Geräte akzeptieren werden, die zu 30-50% mit 3D-Drucktechnologien zusammengebaut werden. Gleichzeitig ist für Wissenschaftler die Herstellung von Keramikteilen auf einem 3D-Drucker von größter Bedeutung, die sich durch hohe Festigkeit, Leichtigkeit und Hitzeschutzeigenschaften auszeichnen. Dieses Material wird in der Raumfahrt- und Luftfahrtindustrie sehr häufig verwendet, kann jedoch in noch größeren Mengen verwendet werden. Zum Beispiel eröffnet die Erstellung eines Keramiktriebwerks auf einem 3D-Drucker den Horizont für die Entwicklung von Hyperschallflugzeugen. Mit einem solchen Triebwerk könnte ein Passagierflugzeug in wenigen Stunden von Wladiwostok nach Berlin fliegen.
Es wird auch berichtet, dass amerikanische Wissenschaftler eine Harzformel speziell für den Druck in 3D-Druckern erfunden haben. Der Wert dieser Formel liegt in der hohen Festigkeit der daraus gewonnenen Materialien. Ein solches Material kann beispielsweise kritische Temperaturen von über 1700 Grad Celsius aushalten, was zehnmal höher ist als die Beständigkeit vieler moderner Materialien. Stephanie Tompkins, Director of Science für Advanced Defense Research, schätzt, dass neue Materialien, die mit 3D-Druckern hergestellt werden, einzigartige Kombinationen von Eigenschaften und Eigenschaften aufweisen werden, die noch nie zuvor gesehen wurden. Dank der neuen Technologie werden wir laut Tompkins in der Lage sein, ein langlebiges Teil zu produzieren, das sowohl leicht als auch riesig ist. Wissenschaftler glauben, dass die Herstellung von Keramikteilen auf einem 3D-Drucker einen wissenschaftlichen Durchbruch bedeuten wird, auch bei der Herstellung ziviler Produkte.
Der erste russische 3D-Satellit
Derzeit produziert die 3D-Drucktechnologie bereits erfolgreich Teile direkt auf Bordraumstationen. Aber einheimische Experten beschlossen, noch weiter zu gehen und beschlossen sofort, einen Mikrosatelliten mit einem 3D-Drucker zu erstellen. Die Rocket and Space Corporation Energia hat einen Satelliten entwickelt, dessen Körper, Halterung und eine Reihe anderer Teile 3D-gedruckt wurden. Gleichzeitig ist eine wichtige Klarstellung, dass der Mikrosatellit von Energia-Ingenieuren zusammen mit Studenten der Tomsk Polytechnic University (TPU) erstellt wurde. Der erste Druckersatellit erhielt den vollen Namen „Tomsk-TPU-120“(die Zahl 120 im Namen zu Ehren des 120-jährigen Bestehens der Universität, das im Mai 2016 gefeiert wurde). Im Frühjahr 2016 wurde er gemeinsam mit der Raumsonde Progress MS-02 erfolgreich ins All geschossen, der Satellit zur ISS geliefert und anschließend ins All geschossen. Dieses Gerät ist der weltweit erste und einzige 3D-Satellit.
Der von TPU-Studenten erstellte Satellit gehört zur Klasse der Nanosatelliten (CubSat). Es hat die Abmessungen 300x100x100 mm. Dieser Satellit war das erste Raumschiff der Welt mit einem 3D-gedruckten Körper. In Zukunft könnte diese Technologie ein echter Durchbruch bei der Entwicklung von Kleinsatelliten sein und ihre Nutzung zugänglicher und verbreiteter machen. Das Design der Raumsonde wurde am TPU Scientific and Educational Center "Modern Production Technologies" entwickelt. Die Materialien, aus denen der Satellit hergestellt wurde, wurden von Wissenschaftlern der Polytechnischen Universität Tomsk und des Instituts für Festigkeitsphysik und Materialwissenschaft der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften hergestellt. Der Hauptzweck des Satelliten bestand darin, neue Technologien der Weltraummaterialwissenschaft zu testen; er wird russischen Wissenschaftlern helfen, mehrere Entwicklungen der Tomsker Universität und ihrer Partner zu testen.
Laut dem Pressedienst der Universität war der Start des Nanosatelliten Tomsk-TPU-120 während des Weltraumspaziergangs von der ISS geplant. Der Satellit ist ein ziemlich kompaktes, aber gleichzeitig vollwertiges Raumfahrzeug, das mit Batterien, Sonnenkollektoren, Bordfunkgeräten und anderen Geräten ausgestattet ist. Aber sein Hauptmerkmal war, dass sein Körper 3D-gedruckt wurde.
Verschiedene Sensoren des Nanosatelliten werden die Temperatur an Bord, auf Batterien und Platinen sowie Parameter elektronischer Komponenten erfassen. Alle diese Informationen werden dann online zur Erde übertragen. Basierend auf diesen Informationen können russische Wissenschaftler den Zustand der Satellitenmaterialien analysieren und entscheiden, ob sie diese in Zukunft bei der Entwicklung und dem Bau von Raumfahrzeugen verwenden. Es sei darauf hingewiesen, dass ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung kleiner Raumfahrzeuge auch die Ausbildung von neuem Personal für die Industrie ist. Heute entwickeln, fertigen und verbessern Studenten und Lehrer der Polytechnischen Universität Tomsk mit eigenen Händen die Konstruktionen aller Arten von kleinen Raumfahrzeugen und erwerben dabei nicht nur hochwertiges Grundlagenwissen, sondern auch die notwendigen praktischen Fähigkeiten. Das macht die Absolventinnen und Absolventen dieser Bildungseinrichtung zu einzigartigen Fachkräften der Zukunft.
Zu den zukünftigen Plänen russischer Wissenschaftler und Industrievertreter gehört die Bildung eines Schwarms von Universitätssatelliten. „Heute sprechen wir über die Notwendigkeit, unsere Studenten zu motivieren, alles zu studieren, was auf die eine oder andere Weise mit dem Weltraum verbunden ist – das können Energie, Materialien und die Entwicklung von Motoren der neuen Generation usw. sein. Wir haben bereits erwähnt, dass das Interesse am Weltraum im Land etwas nachgelassen hat, aber es kann wiederbelebt werden. Dazu ist es notwendig, nicht einmal von einer Schülerbank, sondern von einer Schulbank aus zu beginnen. So haben wir uns auf den Weg der Entwicklung und Produktion von CubeSat - Kleinsatelliten”, - stellt der Pressedienst des Tomsker Polytechnischen Instituts mit Bezug auf den Rektor dieser Hochschule, Peter Chubik, fest.
