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Aug 09, 2023

Impression 3D : Navy renforce la fabrication additive

Edward Lundquist est un officier de marine à la retraite qui écrit sur la marine, la marine...

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26 janvier 2023

Le navire d'assaut amphibie de classe Wasp USS Essex (LHD 2) charge une imprimante 3D pendant Rim of the Pacific (RIMPAC) 2022, le 8 juillet 2022. Photo de la Marine américaine par le spécialiste en chef de la communication de masse Ace Rheaume

La marine américaine apprécie depuis longtemps le potentiel de la fabrication additive (AM) et de l'impression 3D.

AM fait référence au dépôt de matière couche par couche pour créer un objet. Pour la Marine, il n'est pas pratique de transporter chaque pièce de rechange pour chaque système sur un navire, et il peut être difficile de prévoir si ou quand les pièces tomberont en panne. AM fournit une source d'approvisionnement flexible en étant capable de fabriquer des pièces au lieu de les commander et d'attendre qu'elles arrivent, en particulier pour les navires de guerre à l'extrémité de la chaîne d'approvisionnement. L'impression de pièces de rechange à la demande peut faire gagner du temps, réduire les coûts et réduire la nécessité de tenir des stocks de pièces importants.

Bien qu'il y ait beaucoup de choses que l'on peut faire avec la FA, comme le prototypage rapide, le Saint Graal a été la capacité de fabriquer des pièces en mer pour réparer les choses rapidement. Imaginez ne pas avoir à transporter plusieurs pièces de rechange pour chaque pièce d'équipement, ou avoir à compter sur une longue chaîne d'approvisionnement pour obtenir les pièces nécessaires de toute urgence à partir d'un dépôt d'approvisionnement.

Les imprimantes 3D de bureau sont largement disponibles, à partir d'environ 300 $ pour un système domestique. De nombreux navires sont équipés d'imprimantes 3D qui fabriquent des pièces en plastique relativement petites.

"Nous utilisons des imprimantes en plastique polymère sur les navires et les sous-marins depuis plusieurs années, mais ce sont essentiellement des unités de bureau qui fabriquent des pièces en plastique relativement petites. Les commentaires que nous recevons de la flotte indiquent qu'ils ont besoin de pièces métalliques plus grandes", a déclaré Jim Pluta. , responsable du programme de fabrication additive (FA) au Naval Sea Systems Command (NAVSEA).

Aujourd'hui, la marine a installé deux types différents d'imprimantes 3D métalliques sur les navires de la marine, avec un système en aluminium sur la côte ouest et un système en acier inoxydable sur la côte est.

Une imprimante 3D à métal liquide Xerox Elem Additive Solutions ElemX a été livrée dans un conteneur à bord de l'USS Essex (LHD 2) en juillet 2022, devenant ainsi la première machine de fabrication additive métallique installée sur un navire de la marine américaine. L'imprimante ElemX est modulaire, et après avoir fonctionné à bord d'Essex lors de l'exercice de la flotte multinationale RIMPAC 2022 l'été dernier, la boîte CONEX a été transférée sur l'USS Boxer (LHD 4) pour poursuivre l'évaluation.

L'imprimante ElemX était une collaboration avec le Commandant Naval Surface Force Pacific (CNSP) et NAVSEA tirant parti de l'accord de recherche et développement coopératif (CRADA) de la Naval Postgraduate School (NPS) avec Xerox, qui est un outil puissant pour s'associer rapidement pour une recherche appliquée gagnant/gagnant. . "L'effort d'ElemX a non seulement démontré la technologie dans les cas d'utilisation de la recherche à bord des navires, mais a également créé un atelier d'impression 3D mobile et autonome en équipant un conteneur d'expédition commun qui peut être placé sur n'importe quel navire ou branché sur n'importe quelle source d'alimentation, comme un générateur de champ afin que les Marines puissent également avoir cette capacité », a déclaré le capitaine Jeremy Gray, président du NPS Surface Warfare pour le CNSP.

Réparateur de machines de 1re classe Cory Hover, maître de premier rang pour le navire d'assaut amphibie de classe Wasp USS Bataan (DG 5) atelier de réparation de machines, parle avec le commandant des Forces navales de surface de l'arrière de l'Atlantique Adm. Brendan McLane à propos du navire nouvellement installé, l'équipement de fabrication additive 23 novembre 2022. Il s'agit du premier système hybride parrainé par le Naval Sea Systems Command installé sur un navire de la marine américaine et permettra la capacité de fabriquer des composants métalliques et plastiques localement.US Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Bradley Rickard

Sur la côte est, un système de fabrication additive hybride Phillips est arrivé à bord de l'USS Bataan (LHD 5). Le projet Bataan est destiné à être un élément permanent sur le navire. L'équipement du Bataan, installé dans le cadre d'un effort conjoint entre le commandant, Naval Surface Force Atlantic et Naval Sea Systems Command (NAVSEA) Technology Office, et soutenu dans la conception et l'exécution par Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, comprend le système Phillips Additive Hybrid, qui intègre un Tête d'outil de dépôt de fil métallique laser Meltio3D sur une fraiseuse à trois axes à commande numérique par ordinateur (CNC) Haas TM-1.

Bien que les deux soient des imprimantes métalliques, la plate-forme ElemX utilise un processus AM fondamentalement différent de celui du système Philips Additive Hybrid sur Bataan. L'imprimante ElemX fabrique des pièces en aluminium, tandis que le système Phillips utilise de l'acier inoxydable 316. L'ElemX utilise un dépôt de gouttelettes de métal en fusion, où le système Phillips Hybrid est un système laser alimenté par fil utilisant un processus de dépôt d'énergie dirigée (DED) pour créer un objet presque complet, puis, en tant que système hybride, utilise le fraisage CNC tête pour terminer la pièce.

Alors que de nombreuses imprimantes métalliques 3D industrielles utilisent un matériau en poudre, qui peut être réactif. Les systèmes alimentés par fil sont beaucoup plus sûrs pour une utilisation à bord.

Selon le directeur général de Bataan, le capitaine Paul Burkhart, l'utilisation de l'imprimante 3D pour fabriquer des pièces à la demande ne remplace pas le système d'approvisionnement. Mais, a déclaré Burkhart, cela fournit un moyen de réparer une pièce ou un composant pour qu'un système soit à nouveau opérationnel.

"Au lieu d'avoir à commander le gros assemblage complet et à attendre qu'il soit livré où que nous soyons dans le monde, nous fabriquons simplement le sous-composant ou la pièce nécessaire, surtout s'il s'agit de quelque chose que nous ne transportons pas normalement", dit Burkhart.

Burkhart a déclaré qu'un groupe de marins de Bataan avait reçu une formation de la fabrication pour faire fonctionner le système et enseigner aux autres comment l'utiliser.

Étant donné que certains navires de la Marine dotés d'ateliers de réparation disposent déjà du système Haas CNC, ce système peut être "mis à niveau" pour devenir un système AM hybride.

Jonathan Hopkins, qui dirige l'équipe de fabrication additive de la division Carderock du NSWC, a déclaré que le système Bataan complète la formation et l'expertise que les gens de la Marine possèdent déjà. "Le soudage de l'acier inoxydable est une capacité que l'on trouve sur nos plus grands navires, et le stock d'alimentation en fil pour l'imprimante est le même que celui utilisé dans nos machines à souder - il fait partie du système d'approvisionnement et est disponible dans le commerce. Pour les navires qui ont déjà le Haas CNC, il est possible d'ajouter le système Meltio et l'intégration Phillips à l'outillage CNS existant pour mettre à niveau un navire avec cette capacité."

Les navires d'assaut amphibies polyvalents de classe Wasp de 843 pieds et 41 000 tonnes, basés à San Diego et Boxer et Norfolk, peuvent transporter 2 500 marins et marines, ainsi que des bateaux, des véhicules et des avions.

Une imprimante 3D effectue un diagnostic à bord du navire d'assaut amphibie de classe Wasp USS Essex (LHD 2), le 9 juillet 2022.US Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Isaak Martinez