Como a impressão 3D está transformando a indústria de defesa?

Espantosos 75% dos líderes da indústria acreditam que a impressão 3D se tornará o padrão na indústria de defesa nos próximos 10 anos, de acordo com um estudo da Defense IQ. Claramente, como em outras indústrias, a impressão 3D está se destacando nos campos de defesa e militar. A manufatura aditiva tem o potencial de transformar a indústria de defesa, fornecendo novas maneiras de imprimir peças de reposição em 3D sob demanda, enquanto reduz os custos de produção e permite novas possibilidades de engenharia de design.

À medida que continuamos a explorar o impacto da manufatura aditiva em várias indústrias, hoje veremos como a indústria de defesa adotou a impressão 3D e as oportunidades que a tecnologia oferece aos setores militares. Também descreveremos os desafios para uma adoção mais ampla da tecnologia, bem como futuras aplicações no setor.

Usando a fabricação de aditivos nas forças armadas

A manufatura aditiva pode desbloquear um mar de oportunidades para a indústria de defesa, incluindo custos de produção reduzidos para ferramentas e componentes, flexibilidade de projeto adicional e manufatura localizada. Ao mesmo tempo, a manufatura aditiva pode melhorar consideravelmente a manutenção de sistemas militares por meio da produção de peças sobressalentes ou obsoletas.

A indústria de defesa está entre os principais contribuintes para o desenvolvimento contínuo de tecnologias e materiais AM. O orçamento militar proposto pelos EUA para este ano, por exemplo, inclui um investimento de US $ 13,2 bilhões em inovação tecnológica. Isso inclui suporte adicional para manufatura aditiva dentro do Departamento de Defesa, um claro indicador do crescente interesse nos recursos de impressão 3D para aplicações de defesa.

Principais benefícios do AM for Defense

1 Desenvolvimento de produto mais rápido

A manufatura aditiva acelera significativamente o processo de design, uma vez que não requer ferramentas. Em contraste, a manufatura tradicional pode levar meses para produzir as ferramentas necessárias para criar peças finais e protótipos. A indústria de defesa pode, portanto, aproveitar a tecnologia para contornar ferramentas caras e demoradas, reduzindo assim o tempo necessário para o desenvolvimento do produto.



2. Liberdade de design

A indústria de defesa também pode aproveitar a capacidade da impressão 3D para produzir objetos otimizados de forma livre. Isso significa que o peso de uma peça pode ser reduzido significativamente usando a manufatura aditiva, economizando custos de material e tempo de produção. Aproveitando as ferramentas de projeto avançadas, os engenheiros de projeto podem reduzir o número de componentes em uma montagem para apenas um e, assim, simplificar muito o processo de montagem.



3. Equipamento personalizado

A impressão 3D não só permite mais liberdade de design, mas também oferece o oportunidade de criar peças personalizadas, feitas sob medida para funções específicas. Em vez de carregar peças e peças para todas as configurações possíveis, os soldados podem usar sistemas de impressão 3D para fabricar peças sob demanda. Por exemplo, os pesquisadores do Exército dos EUA agora podem imprimir em 3D células de drones personalizadas, adaptadas às necessidades específicas de uma determinada missão. Projetos personalizáveis ​​para impressão em 3D são, portanto, vitais para alcançar maiores níveis de agilidade e flexibilidade nas forças armadas.



4. Produção localizada e sob demanda

A coordenação de logística e transporte constitui uma parte significativa de qualquer orçamento militar. Para uma indústria que gasta bilhões de dólares apenas em logística (o Departamento de Defesa dos EUA, por exemplo, foi estimado ter gasto US $ 1,194 bilhão em operações de logística em 2017), pode ser mais econômico imprimir peças personalizadas, ferramentas e peças sobressalentes perto do ponto de uso - uma solução que a manufatura aditiva oferece.

Isso pode significar que os soldados em áreas remotas também podem usar a impressão 3D para sua vantagem. Isso já foi testado até certo ponto:em 2012, o exército dos EUA usou uma fábrica de aditivos no Afeganistão para imprimir peças de reposição muito mais rapidamente do que adquiri-las.

Aplicativos de defesa para impressão 3D

Modelagem, unidades de teste e prototipagem

A manufatura aditiva é uma solução ideal para a criação de modelos e protótipos de conceito rápido, e é amplamente utilizada na indústria de defesa para produzir protótipos rapidamente sem a necessidade de ferramentas caras. Os conceitos de design, assim como os testes de validação, podem ser feitos muito mais rápido, encurtando assim o ciclo de desenvolvimento do produto.



Peças de reposição, ferramentas e manutenção

Como o equipamento militar é normalmente mantido e usado por um período de muitos anos, o indústria de defesa depende fortemente de peças de reposição. Durante anos, a terceirização foi a forma mais comum de adquirir essas peças, com milhares de peças de reposição e ferramentas para equipamentos militares provenientes de empresas externas. Aqui, a manufatura aditiva torna-se uma opção viável, pois facilita a produção econômica e relativamente rápida de peças e ferramentas sob demanda. Muitos navios da Marinha dos EUA têm impressoras 3D a bordo que são usadas para peças de reposição, ajudando a manter a frota envelhecida sem ter que pedir uma peça sobressalente ou retornar a um porto.

Além disso, tecnologias como Direct Energy Deposition (DED) e Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) já são amplamente utilizadas para reparar equipamentos militares funcionais. Graças a essas tecnologias, as superfícies desgastadas das lâminas da turbina e outros equipamentos de última geração podem ser restauradas e reparadas. Como as peças de reposição podem ficar rapidamente sem estoque, as técnicas de digitalização 3D podem ser usadas para fazer engenharia reversa de uma peça disponível, que então pode ser facilmente replicada por meio de impressão 3D.



Componentes estruturais para sistemas de defesa

O primeiro caça com componentes impressos em 3D a bordo voou em 2013 e, desde então, está claro que a manufatura aditiva pode ter um impacto significativo na produção de peças finais para equipamentos militares. A indústria de defesa está atualmente investigando as capacidades da manufatura aditiva direta de forma ainda mais extensa, já que a tecnologia pode ajudar a reduzir os custos de produção ao mesmo tempo em que produz componentes leves complexos em pequenos volumes. As aplicações da manufatura aditiva aqui variam, de suportes complexos e pequenos drones de vigilância a componentes de motores a jato e cascos de submarinos. Além disso, armas impressas em 3D, como lançadores de granadas, já são realidade, com mísseis em desenvolvimento.

Desafios

Garantia de qualidade

Embora os protótipos militares possam ser impressos em 3D de forma rápida e econômica, a implementação mais ampla da manufatura aditiva para a produção de peças finais ainda enfrenta vários desafios.

Uma das principais preocupações da indústria de defesa é a garantia de qualidade, uma vez que todas as peças devem atender a rigorosos requisitos de desempenho. Antes que a manufatura aditiva possa ser integrada à produção de peças finais, os militares devem ter certeza da repetibilidade e precisão do processo de produção AM. Atualmente não há padrões totalmente definidos para peças impressas em 3D na indústria de defesa. É crucial estabelecer um conjunto abrangente de padrões para governar os processos de impressão 3D e qualificar as peças impressas.

No entanto, o Departamento de Defesa dos Estados Unidos já desenvolveu um roteiro de fabricação aditiva, que deve permitir uma absorção ainda maior da tecnologia pelas forças armadas. O software de automação também será vital para garantir que esse processo permaneça transparente e reproduzível e forneça um gerenciamento de produção abrangente.



Lacuna de habilidades

Embora a manufatura aditiva tenha sido usada na indústria de defesa por vários anos, como em outras indústrias, ainda existe uma lacuna nas habilidades de AM. Essa escassez de habilidades impede a liberação de todo o potencial da impressão 3D para uso militar. Um treinamento adicional nas particularidades da produção de AM, design para AM, manutenção e gerenciamento da cadeia de suprimentos será necessário para impulsionar o uso mais amplo da manufatura aditiva nas forças armadas.



Segurança digital

Se os militares quiserem usar a manufatura aditiva para produção localizada sob demanda, será vital garantir a segurança dos arquivos CAD digitais. Isso exigirá medidas adicionais de segurança digital para garantir que os arquivos não possam ser acessados ​​externamente e que as cadeias de suprimentos digitais permaneçam seguras.

O que vem a seguir?

Como a impressão 3D tem o potencial de mudar fundamentalmente como as peças são fabricado e entregue, isso pode ter implicações enormes para o futuro da cadeia de abastecimento militar. Em vez de fornecedores de defesa fornecendo peças sobressalentes, componentes estruturais ou armas, eles poderiam, no futuro, fornecer apenas modelos CAD 3D digitais, criando uma cadeia de suprimentos digital. Também poderia haver menos estoques de peças sobressalentes, reduzindo a necessidade de despesas dispendiosas de armazenamento. A fabricação sob demanda também pode mover a produção para mais perto do campo de batalha ou para o local de necessidade. Aproveitar as instalações de impressão 3D localizadas pode acelerar a entrega de peças, reduzindo os custos de logística.

A fabricação de aditivos também pode desempenhar um papel fundamental no setor médico militar, fornecendo implantes, próteses e ferramentas médicas personalizadas no campo. Os militares já são um investidor significativo em medicina regenerativa e bioimpressão com o objetivo de tratar ferimentos no campo de batalha.

A indústria de defesa também está investigando as possibilidades de roupas impressas em 3D e eletrônicos integrados. A manufatura aditiva pode permitir que a indústria de defesa produza armaduras personalizadas mais baratas e mais avançadas com comunicações integradas, sensores e sistemas de biomonitoramento para soldados, proporcionando mais flexibilidade e funcionalidade no campo de batalha. Usando impressão 3D a jato de tinta e tintas condutoras, os engenheiros militares podiam imprimir sensores diretamente em armas ou roupas, adicionando mais funcionalidade e reduzindo o tamanho e o peso dos sensores vestíveis. No futuro, os sensores podem até mesmo ser impressos diretamente na pele. Os soldados podem usá-los no campo de batalha para capturar energia solar e carregar pequenos dispositivos eletrônicos.

Para resumir

Em um cenário militar cada vez mais complexo, a impressão 3D tem o potencial de atender às principais necessidades de defesa. As capacidades de manufatura rápida, localizada e flexível oferecidas pela manufatura aditiva a tornam uma tecnologia ideal para uma indústria que depende de inovação rápida e avanços tecnológicos. No longo prazo, a manufatura aditiva permitirá que sistemas e equipamentos militares sejam fabricados, reparados e mantidos de forma mais eficiente e levará a uma mudança sem precedentes na logística e nas cadeias de suprimentos militares.

Com um investimento considerável sendo feito para desenvolver e certificar processos e materiais de impressão 3D, o futuro da impressão 3D para as forças armadas globais certamente parece brilhante.