No início de agosto de 2016, a Marinha dos EUA testou com sucesso o tiltrotor Osprey MV-22. Esta aeronave em si não é incomum. O veículo de dois rotores está em serviço na Marinha americana há muito tempo (foi colocado em serviço na segunda metade da década de 1980), mas pela primeira vez na história, peças críticas foram instaladas em um tiltrotor (segurança de vôo depende diretamente deles), que eram impressora impressa em 3D.
Para o teste, os militares dos EUA imprimiram um suporte para prender o motor à asa do tiltrotor de titânio usando sinterização direta a laser camada por camada. Ao mesmo tempo, um extensômetro foi montado no próprio suporte, projetado para registrar uma possível deformação da peça. Cada um dos dois motores do tiltrotor Osprey MV-22 é preso à asa usando quatro desses suportes. Paralelamente, por ocasião do primeiro vôo de teste do tiltrotor, ocorrido em 1º de agosto de 2016, apenas um suporte, impresso em impressora 3D, foi instalado nele. Anteriormente, foi relatado que os suportes da nacela impressos pelo método de impressão tridimensional também foram instalados no tiltrotor.
O desenvolvimento das peças impressas para o tiltrotor foi realizado pelo Centro de Operações de Combate da Marinha da Marinha dos EUA, localizado na Base Conjunta McGuire-Dix-Lakehurst em Nova Jersey. Os testes de vôo do Osprey MV-22 com peças impressas foram realizados na base da Marinha dos EUA em Patxent River. Os testes foram reconhecidos pelos militares como totalmente bem-sucedidos. Os militares americanos acreditam que, graças à ampla introdução da impressão tridimensional, a tecnologia no futuro será capaz de produzir peças sobressalentes para conversores de maneira rápida e relativamente barata. Nesse caso, os detalhes necessários podem ser impressos diretamente nos navios. Além disso, as peças impressas podem ser modificadas para melhorar o desempenho dos conjuntos e sistemas de bordo.
Suporte de montagem de motor impresso em titânio
Os militares dos EUA estavam interessados em tecnologias de impressão 3D há alguns anos, mas até recentemente, a funcionalidade das impressoras 3D não era ampla o suficiente para ser usada rotineiramente na construção de peças bastante complexas. As peças do tiltrotor foram criadas usando uma impressora 3D aditiva. A peça é feita gradativamente em camadas. A cada três camadas de pó de titânio são unidas com um laser, este processo é repetido o tempo que for necessário para obter a forma desejada. Após a finalização, o excesso é cortado da peça; o elemento resultante está completamente pronto para uso. Como os testes foram concluídos com sucesso, os militares americanos não vão parar por aí, eles vão construir mais 6 elementos estruturais importantes do tiltrotor, metade dos quais também será de titânio, e a outra - aço.
Impressão 3D na Rússia e em todo o mundo
Apesar de o tipo de produção de impressora ter sido implementado com sucesso nos EUA e na Rússia há vários anos, a criação de elementos para equipamento militar está em processo de finalização e teste. Em primeiro lugar, isso se deve aos requisitos muito elevados para todos os produtos militares, principalmente em termos de confiabilidade e durabilidade. No entanto, os americanos não estão sozinhos no progresso nessa área. Pelo segundo ano consecutivo, os designers russos têm produzido peças para os rifles de assalto e pistolas desenvolvidos usando tecnologia de impressão 3D. As novas tecnologias economizam um tempo valioso de desenho. E colocar essas peças em operação pode proporcionar uma reposição rápida em campo, em batalhões de reparos, já que não haverá necessidade de esperar peças de reposição da fábrica para os mesmos tanques ou veículos aéreos não tripulados.
Para os submarinistas, as impressoras 3D militares valerão simplesmente seu peso em ouro, pois no caso da navegação autônoma de longa distância, a substituição de peças pelos próprios submarinistas dará ao submarino um recurso quase inesgotável. Uma situação semelhante é observada com os navios que fazem viagens longas e quebra-gelos. A maioria desses navios receberá drones em um futuro muito próximo, que eventualmente exigirão reparo ou substituição completa. Se aparecer no navio uma impressora 3D, o que possibilitará a impressão rápida de peças de reposição, em poucas horas o equipamento poderá ser usado novamente. Nas condições de transitoriedade das operações e de elevada mobilidade do teatro de operações militares, a montagem local de determinadas peças, montagens e mecanismos no local permitirá manter um elevado nível de eficiência das unidades de apoio.
Osprey MV-22
Enquanto os militares dos EUA estão lançando seus aviões conversíveis, os fabricantes russos do tanque Armata já usam uma impressora industrial em Uralvagonzavod pelo segundo ano. Com a ajuda dele, são produzidas peças para veículos blindados, bem como produtos civis. Mas, até agora, essas peças são usadas apenas para protótipos, por exemplo, eles foram usados na criação do tanque Armata e seus testes. Na Kalashnikov Concern, bem como na TsNIITOCHMASH, por ordem dos militares russos, os designers fazem várias peças de armas pequenas de metal e chips de polímero usando impressoras 3D. O Tula Instrument Design Bureau em homenagem a Shipunov, o famoso CPB, que é conhecido por uma rica variedade de armas manufaturadas: de pistolas a mísseis de alta precisão, não fica atrás deles. Por exemplo, uma pistola promissora e um rifle de assalto ADS, que se destina a substituir as forças especiais AK74M e APS, são montados a partir de peças de plástico de alta resistência que são impressas em uma impressora. Para alguns produtos militares, o CPB já conseguiu criar moldes, atualmente está em curso a montagem seriada de produtos.
Nas condições em que uma nova corrida armamentista é observada no mundo, o momento do lançamento de novos tipos de armas torna-se importante. Por exemplo, em veículos blindados, apenas o processo de criação de um modelo e sua transferência dos desenhos para um protótipo geralmente leva um ou dois anos. No desenvolvimento de submarinos, este período já é 2 vezes maior. “A tecnologia de impressão 3D reduzirá o período de tempo em várias vezes a vários meses”, observa Alexey Kondratyev, um especialista na área da marinha. - Os projetistas poderão economizar tempo em desenhos ao projetar um modelo 3D em um computador e imediatamente fazer um protótipo da peça desejada. Muitas vezes, as peças são retrabalhadas tendo em conta os testes realizados e em processo de revisão. Neste caso, você pode liberar a montagem em vez da peça e verificar todas as características mecânicas, como as peças interagem entre si. Em última análise, o momento da prototipagem permitirá que os projetistas reduzam o tempo total para a primeira amostra finalizada entrar no estágio de teste. Hoje em dia, leva cerca de 15-20 anos para criar um submarino nuclear de nova geração: do esboço ao último parafuso durante a montagem. Com o desenvolvimento da impressão tridimensional industrial e o lançamento da produção em massa de peças dessa forma, o prazo pode ser reduzido em pelo menos 1,5 a 2 vezes."
De acordo com especialistas, as tecnologias modernas estão agora um ou dois anos longe da produção em massa de peças de titânio em impressoras 3D. É seguro dizer que até o final de 2020, os representantes militares nas empresas do complexo militar-industrial aceitarão equipamentos que serão montados em 30-50% usando tecnologias de impressão 3D. Ao mesmo tempo, a maior importância para os cientistas é a criação de peças cerâmicas em uma impressora 3D, que se distinguem pelas propriedades de alta resistência, leveza e proteção térmica. Este material é amplamente utilizado nas indústrias espacial e de aviação, mas pode ser usado em volumes ainda maiores. Por exemplo, a criação de um motor de cerâmica em uma impressora 3D abre o horizonte para a criação de aeronaves hipersônicas. Com esse motor, um avião de passageiros poderia voar de Vladivostok a Berlim em algumas horas.
Também é relatado que cientistas americanos inventaram uma fórmula de resina especificamente para impressão em impressoras 3D. O valor desta fórmula está na alta resistência dos materiais obtidos a partir dela. Por exemplo, tal material pode suportar temperaturas críticas que excedem 1700 graus Celsius, o que é dez vezes maior do que a resistência de muitos materiais modernos. Stephanie Tompkins, Diretora de Ciência da Pesquisa de Defesa Avançada, estima que novos materiais criados com impressoras 3D terão combinações únicas de características e propriedades nunca vistas antes. Graças à nova tecnologia, Tompkins diz que seremos capazes de produzir uma peça durável que é leve e enorme. Os cientistas acreditam que a produção de peças de cerâmica em uma impressora 3D significará um avanço científico, inclusive na produção de produtos civis.
O primeiro satélite 3D russo
Atualmente, a tecnologia de impressão 3D já está produzindo peças diretamente a bordo de estações espaciais. Mas os especialistas domésticos decidiram ir ainda mais longe, eles imediatamente decidiram criar um microssatélite usando uma impressora 3D. A Rocket and Space Corporation Energia criou um satélite, a carroceria, o suporte e uma série de outras partes dos quais foram impressos em 3D. Ao mesmo tempo, um esclarecimento importante é que o microssatélite foi criado por engenheiros da Energia em conjunto com alunos da Tomsk Polytechnic University (TPU). A primeira impressora satélite recebeu o nome completo "Tomsk-TPU-120" (o número 120 no nome em homenagem ao 120º aniversário da universidade, que foi comemorado em maio de 2016). Foi lançado com sucesso no espaço na primavera de 2016 junto com a espaçonave Progress MS-02, o satélite foi entregue à ISS e, em seguida, lançado ao espaço. Esta unidade é o primeiro e único satélite 3D do mundo.
O satélite criado pelos alunos da TPU pertence à classe dos nanossatélites (CubSat). Tem as seguintes dimensões 300x100x100 mm. Este satélite foi a primeira espaçonave do mundo a ter um corpo impresso em 3D. No futuro, essa tecnologia pode se tornar um verdadeiro avanço na criação de pequenos satélites, além de tornar seu uso mais acessível e difundido. O projeto da espaçonave foi desenvolvido no Centro Científico e Educacional TPU "Tecnologias de Produção Modernas". Os materiais com os quais o satélite foi feito foram criados por cientistas da Universidade Politécnica de Tomsk e do Instituto de Física da Força e Ciência dos Materiais do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências. O principal objetivo do satélite era testar novas tecnologias da ciência dos materiais espaciais; ele ajudará os cientistas russos a testar vários desenvolvimentos da universidade de Tomsk e seus parceiros.
De acordo com a assessoria de imprensa da universidade, o lançamento do nanosatélite Tomsk-TPU-120 estava previsto para ser realizado durante a caminhada espacial da ISS. O satélite é bastante compacto, mas ao mesmo tempo, uma nave espacial de pleno direito, equipada com baterias, painéis solares, equipamento de rádio de bordo e outros dispositivos. Mas sua principal característica era que seu corpo era impresso em 3D.
Vários sensores do nanosatélite registrarão a temperatura a bordo, nas baterias e nas placas, e parâmetros de componentes eletrônicos. Todas essas informações serão então transmitidas para a Terra online. Com base nessas informações, os cientistas russos serão capazes de analisar o estado dos materiais do satélite e decidir se irão usá-los no desenvolvimento e construção de espaçonaves no futuro. Deve-se notar que um aspecto importante do desenvolvimento de pequenas espaçonaves é também o treinamento de novo pessoal para a indústria. Hoje, alunos e professores da Tomsk Polytechnic University, com suas próprias mãos, desenvolvem, fabricam e melhoram os projetos de todos os tipos de pequenas espaçonaves, enquanto obtêm não apenas conhecimentos fundamentais de alta qualidade, mas também as habilidades práticas necessárias. Isso é o que torna os graduados desta instituição de ensino especialistas únicos no futuro.
Os planos futuros dos cientistas russos e representantes da indústria incluem a criação de um enxame de satélites universitários. “Hoje falamos da necessidade de motivar nossos alunos a estudar tudo o que, de uma forma ou de outra, tenha relação com o espaço - pode ser energia, materiais, criação de motores de nova geração etc. Discutimos anteriormente que o interesse pelo espaço no país diminuiu um pouco, mas pode ser revivido. Para isso, é necessário partir não nem mesmo do banco do aluno, mas do escolar. Assim, enveredamos pelo caminho de desenvolvimento e produção de CubeSat - pequenos satélites”, - nota o serviço de imprensa do Instituto Politécnico de Tomsk com referência ao reitor desta instituição de ensino superior, Peter Chubik.
