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.

Drukarki 3D są instalowane na dużych okrętach desantowych US NavyDrukarki 3D są instalowane na dużych okrętach desantowych US Navy
Źródło zdjęć: © Licencjodawca | MACIEJ_HYPS

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.

Drukarka 3D dla okrętu wojennego

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.

USS Essex: druk 3D z wykorzystaniem płynnego aluminium

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.

Instalacja głowicy drukującej w urządzeniu Xerox ElemX na USS Essex
Instalacja głowicy drukującej w urządzeniu Xerox ElemX na USS Essex © US Navy

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.

USS Bataan: druk 3D z wykorzystaniem drutu spawalniczego

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.

Instalacja głowicy drukującej w urządzeniu Xerox ElemX na USS Essex
Instalacja głowicy drukującej w urządzeniu Xerox ElemX na USS Essex © US Navy

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.

To urządzenie pozwala nam oszczędzać czas i pieniądze, ale przede wszystkim maksymalizuje naszą gotowość operacyjną. Zamiast zamawiać cały duży podzespół i czekać na jego dostawę w nie wiadomo jakim zakątku świata, zwyczajnie produkujemy sami dany podzespół czy pojedynczą część, której nie mamy w magazynie części zamiennych

komandor Paul Burkhart
pierwszy oficer na USS Bataan

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.

Naddźwiękowe zderzenia

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.

Przygotowania do naprawy skorodowanego elementu metodą zimnego natrysku
Przygotowania do naprawy skorodowanego elementu metodą zimnego natrysku © Licencjodawca | Jhon Parsons

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.

Element jednej z przekładni w myśliwcu F/A-18 Hornet przed i po naprawie metodą zimnego natrysku
Element jednej z przekładni w myśliwcu F/A-18 Hornet przed i po naprawie metodą zimnego natrysku © US Navy

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.

Wybrane dla Ciebie

Mi-80 zamiast Mi-8. Rosja ma ambitne plany, ale realizacja jest trudna
Mi-80 zamiast Mi-8. Rosja ma ambitne plany, ale realizacja jest trudna
Wiele samolotów, ograniczone możliwości. Problemy rosyjskiego lotnictwa
Wiele samolotów, ograniczone możliwości. Problemy rosyjskiego lotnictwa
Polska misja kosmiczna. Największe wyzwania stawiane astronautom
Polska misja kosmiczna. Największe wyzwania stawiane astronautom
Sławosz Uznański wraca. Załoga Ax-4 żegna się z kosmosem
Sławosz Uznański wraca. Załoga Ax-4 żegna się z kosmosem
Nowe możliwości bombowców B-1B. To zasługa ukraińskich rozwiązań
Nowe możliwości bombowców B-1B. To zasługa ukraińskich rozwiązań
Odkryto tajemniczy obiekt. To może być najstarsza kometa
Odkryto tajemniczy obiekt. To może być najstarsza kometa
To może być nawet 40 proc. Rosja przyjmuje amunicję od Korei Półncnej
To może być nawet 40 proc. Rosja przyjmuje amunicję od Korei Półncnej
Nowy model AI przewiduje ludzkie decyzje z porywającą dokładnością
Nowy model AI przewiduje ludzkie decyzje z porywającą dokładnością
Prawie ich nie widać. Ukraińcy zasypują nimi "tunele" Rosjan
Prawie ich nie widać. Ukraińcy zasypują nimi "tunele" Rosjan
Mają ponad milion fanów. Nieistniejący zespół zdobywa popularność
Mają ponad milion fanów. Nieistniejący zespół zdobywa popularność
Ruchome fałszywe haubice i czołgi. Byłyby ogromną pomocą dla Ukrainy
Ruchome fałszywe haubice i czołgi. Byłyby ogromną pomocą dla Ukrainy
Ratunek dla Ukrainy. Kolejne Patrioty za pieniądze Europy
Ratunek dla Ukrainy. Kolejne Patrioty za pieniądze Europy