US Navy naprawia okręty wojenne na morzu. Wystarczą części z drukarek

Floty całego świata od wieków zmagają się z problemem napraw na morzu. Obiecujące rozwiązanie tego problemu znalazło US Navy. Marynarze zamiast części zamiennych, mają zabierać na pokład drukarki.

Amerykańska marynarka wojenna już dawno temu dostrzegła potencjał drukarek. Mowa o technologii druku 3D. Służący jej sprzęt już teraz jest wykorzystywany na wielu okrętach, a może stać się obowiązkowym ich wyposażeniem.

Ograniczeniem drukarek 3D jest materiał. Urządzenia te tworzą elementy z polimerów i nie można ich zastosować w kluczowych podzespołach okrętów wojennych. Intensywne prace nad drukarkami 3D zdolnymi wytwarzać elementy metalowe budzą nadzieje na morzu.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W tej kategorii wiele urządzeń wykorzystuje proszki metaliczne topione razem laserem dużej mocy lub łączone za pomocą ciekłego spoiwa. Jednak ich zastosowanie na okrętach wojennych jest problematyczne ze względów bezpieczeństwa, ponieważ wspomniane proszki są silnie reaktywne i grożą pożarem. US Navy widzi jednak duży potencjał w drukarkach 3D, wykorzystujących do produkcji metal w innej postaci.

W 2022 r. na okręcie desantowym USS Essex zainstalowano kontenerowy moduł zawierający drukarkę 3D Xerox ElemX wykorzystującą płynny metal. Drut aluminiowy jest wprowadzany do tygla, gdzie ulega stopieniu, a następnie kropla po kropli jest elektromagnetycznie przenoszony na stół roboczy, gdzie powstaje gotowy element. Dzięki zamknięciu całego urządzenia w niewielkim przenośnym kontenerze może ono być instalowane na niemal dowolnym okręcie wojennym dysponującym odpowiednią przestrzenią i zasilaniem.

USS Essex z drukarką 3D wziął udział w ćwiczeniach RIMPAC 2022. Była to demonstracja możliwości urządzenia zorganizowana wspólnie przez jego producenta, dowództwo okrętów nawodnych Floty Pacyfiku i dowództwo systemów morskich. Po sprawdzeniu poprawnego funkcjonowania w czasie ćwiczeń, drukarkę zainstalowano na bliźniaczym okręcie desantowym USS Boxer, na którym była używana przez kilka miesięcy w czasie rejsu operacyjnego.

Inne rozwiązanie zastosowano na okresie desantowym USS Bataan. Zainstalowano na nim drukarkę Pillips Meltio 3D (nie mylić z holenderską firmą Philips). W odróżnieniu od Xeroxa tworzącego elementy aluminiowe, hybrydowy system Phillipsa pozwala na produkcję elementów ze stali nierdzewnej. System jest hybrydowy, ponieważ wykorzystuje technologie druku trójwymiarowego i obróbki skrawaniem. W pierwszej fazie drut spawalniczy ze stali nierdzewnej jest topiony laserem i układany warstwa po warstwie w wymagany kształt. Po zakończeniu tego procesu otrzymuje się ogólny kształt wymaganego elementu. Następnie głowica topiąca drut jest zastępowana głowicą frezującą sterowaną numerycznie, która usuwa nadmiar metalu w efekcie uzyskując precyzyjnie wykonany element.

Do drukowania tą metodą jest wykorzystywany drut spawalniczy ze stali gatunku 316. Jest on szeroko rozpowszechniony komercyjnie i stosowany na okrętach US Navy do spawania. W przypadku rozpowszechnienia się takich drukarek znakomicie ułatwi to logistykę. Stal nierdzewna 316 charakteryzuje się dużą odpornością na korozję i ma doskonałe właściwości w zastosowaniach morskich.

Chociaż drukarka została zainstalowana w styczniu 2023 r. w ramach prac badawczych, to nie planuje się jej usunięcia. Doświadczenia z jej wielomiesięcznego użytkowania potwierdzają zasadność całego projektu i zdolność do produkcji części wysokiej jakości.

Amerykańska marynarka wojenna wykorzystuje jeszcze jedno rozwiązanie. Nie jest ono zainstalowane na żadnym okręcie, ale w warsztatach naprawczych. Jest to technologia zimnego natrysku (ang. cold spray). Polega na tym, że proszek metaliczny jest mieszany ze sprężoną mieszanką azotu i helu, która w procesie rozprężania przechodzi przez specjalną dyszę, w której cząsteczki proszku są rozpędzane do prędkości naddźwiękowej i dzięki wysokiej energii kinetycznej dosłownie zbijają się ze sobą tworząc wiązania mechaniczne.

Co ważne, w ten sposób można nie tylko produkować nowe elementy, ale także naprawiać stare. Można na przykład załatać dziurę spowodowaną korozją lub uzupełnić jakieś wyszczerbienie. Ponadto, dzięki temu, że w odróżnieniu od wcześniejszych technologii w tej nie trzeba podgrzewać materiału do wysokich temperatur, można ją stosować w naprawach delikatnych części, które mogłyby się na przykład zdeformować od kontaktu z wysoką temperaturą.

Ta technologia jest wykorzystywana między innymi w Stoczni Marynarki Wojennej w Norfolk do napraw elementów lotniskowców i atomowych okrętów podwodnych. Ponadto marynarka wojenna utworzyła mobilny zespół naprawczy, którzy może przetransportować opisane urządzenie w dowolne miejsce i tam dokonać niezbędnych napraw.