Об испытаниях технологий 3D печати в ВС Норвегии
Развитие современных передовых технологий и их активное внедрение в повседневную жизнь, рост стоимости ресурсов, а также необходимость сокращения бюджетных ассигнований заставляют военных специалистов искать возможности применения в интересах вооруженных сил гражданских (коммерческих) технологий, поскольку создание новых требует значительных финансовых и временных затрат.
Отказ от разработки новых дорогостоящих образцов В и ВТ в пользу использования готовых решений позволяет в кратчайшие сроки и с минимальными затратами получать современные образцы В и ВТ с высокими характеристиками. Такая методика в военной сфере получила наименование концепции готовых передовых коммерческих технологий "Котс" (COTS - Commercial Off The Shelf).
Одним из вполне зрелых и далее динамично развивающихся направлений "Котс" сейчас считается 3D печать, как одна из технологий аддитивного производства, когда изделия создаются путем последовательного наложения слоев.
При этом несколько бóльшая средняя стоимость 3D производства единичного изделия может быть компенсирована за счет уменьшения логистических издержек на создание запасов, их хранение, доставку и т.п. Также при этом существенно сокращаются и временные затраты.
На исследование перспектив внедрения "Котс" 3D печати в вооруженных силах специалистам НИИ "Ффи" МО Норвегии выделили всего каких-то 800 тыс. крон (93,6 тыс. долларов), из которых:
450 тыс. крон (52,6 тыс. долларов) - стоимость 3D принтеров;
350 тыс. крон (41 тыс. долларов) - стоимость расходных материалов и дополнительного оборудования.
Пилотным проектом нового направления НИОКР выбрали обеспечение действий подразделений СпН в ходе проходившего в марте с.г. учения ОВС НАТО "Колд риспонс-2016". Главной задачей при этом стало изучение потенциальной возможность использования различных стандартных моделей коммерческих 3D принтеров для производства в полевых условиях деталей вооружения, элементов экипировки, снаряжения и т.п.
В ходе учения специалисты НИИ "Ффи" действовали в составе оперативной группы Объединенного командования сил СпН (Forsvaret spesialstyrker), состоящей из личного состава подразделений Командования сил СпН ВС/СВ (Forsvarets spesialkommando/Hærens jegerkommando - FSK-HJK) и Командования сил СпН ВМС (Marine jegerkommando - MJK).
На испытания представили три модели 3D принтеров:
• "Стратасис фортус 250" (Stratasys Fortus 250) компании "Страта системз" (Strata Systems);
• "Кьюбпро" (Cubepro) компании "3D системз" (3D Systems);
• "Мейкербот репликатор 2икс" (Makerbot replicator 2x) компании "Мейкербот" (MakerBot).
Выбор именно этих моделей обусловлен тем, что при примерно равной производительности принтер "Стратасис фортус 250" является профессиональной системой, наиболее крупногабаритной, но и с максимальной стоимостью. "Кьюбпро" представляет собой бюджетный вариант (так называемая пользовательская версия) с относительно невысокими характеристиками, но и с самой низкой ценой. На их фоне "Мейкербот репликатор 2икс" демонстрирует во всех отношениях средние показатели.
Слева направо: "Стратасис фортус 250", "Кьюбпро", "Мейкербот репликатор 2икс"
Характеристики 3D принтеров
"Стратасис
фортус 250"
"Кьюбпро"
"Мейкербот
репликатор 2икс"
Габаритные размеры, мм
838х737х1143
566,7х581х606,4
490х420х380
Масса, кг
148
41
12,6
Максимальные габаритные размеры 3D модели, мм
254х254х305
285,4х230х270,4
246х152х155
Питающее напряжение, В
220-240
220
100-240
Минимальная толщина слоя, микрон
178
70
100
Основной материал
ABS
ABS
ABS
Технология печати
FDM
FDM
FDM
Стоимость, тыс. долл.
от 40
2,9-4,5
2,5
Для испытаний новой техники все модели принтеров установили в отдельном стандартном контейнерном модуле прототипа полевой 3D лаборатории, включая как всю основную и вспомогательную аппаратуру, так и хранение запасов расходных материалов, и размещение обслуживающего персонала. При этом исследовалось влияние экстремальных значений температуры и влажности в полевых условиях субарктической зимы как на работу самой аппаратуры, так и на материалы, используемые для ее работы.
Синий модуль "Ффи" в рабочей зоне рядом с другими грузовыми контейнерами
Внутри контейнера: слева "Стратасис фортус 250", справа "Кьюбпро"
Вид с другой стороны: слева "Кьюбпро", справа "Стратасис фортус 250", слева сзади "Мейкербот репликатор 2икс"
В качестве материалов для изготовления образцов использовались:
• ABS - термопластик промышленного уровня, разработанный для 3D печати по технологии моделирования методом послойного наложения расплавленной полимерной нити (Fused Deposition Modeling - FDM);
• ULTEM - высококачественный термопластик технологии FDM, применяется в функциональном тестировании, производстве инструментов и прямом цифровом изготовлении конечных деталей в тех областях применения, где необходима термическая и химическая устойчивость;
• "Нейлон 12" (Nylon 12) - детали из данного материала, изготовленные на производственных системах 3D печати, являются самыми прочными и имеют на 100-300 % лучшие показатели предела усталости и удлинения при разрыве, чем изготовленные другими методами аддитивного производства. Нейлон обеспечивает лучшее послойное нанесение вдоль вертикальной оси и самую высокую ударную вязкость любого термопластичного материала FDM, а также высокую химическую устойчивость. Материал используется в аэрокосмической промышленности и в системах автоматизации, в частности, в производственном оборудовании, монтажных и крепежных элементах, в прототипах внутренней обшивки, низкотемпературных воздухозаборниках и кожухах антенн, а также для создания прочных прототипов защелкивающихся панелей и противоударных компонентов.
При этом операторы 3D лаборатории отрабатывали три основных возможных варианта своей деятельности:
1) Создание копий деталей, идентичных оригинальным - для случаев выхода из строя последних и при отсутствии возможностей для их быстрой доставки;
2) Внесение изменений в существующие конструкции - если оригинальное изделие по каким-либо причинам не удовлетворяет потребностям пользователей для ведения текущих операций.
3) Создание концептуально новых образцов для решения специфических и внезапно возникающих задач.
В общей сложности в ходе учения "Колд риспонс-2016" специалисты НИИ "Ффи" изготовили 36 изделий.
Произведенный во время учения прототип радиатора (kjøleplate). Затем чертеж детали передали компании Tronrud, где и произвели её из титана.
Крепления для взрывных устройств: слева - настенный заряд типа Le Bomba; справа - модификация дверного заряда Alford Breacher.
Титановый глушитель на 60% легче стандартных
Стандартный десятизарядный магазин снайперской винтовки Barret MRAD утыкается в землю при стрельбе с сошек. Более короткий шестизарядный позволяет решить эту проблему. На переднем показана модифицированная защелка, предотвращающая случайное отстегивание магазина.
Рукоятки и приклады для штурмовых винтовок с меньшей массой и адаптированные под индивидуальные эргономические особенности пользователей
Кронштейны для крепления оптико-электронной аппаратуры: слева - монтажная планка Пикатинни для камер и другого оборудования на снаряжении служебной собаки; справа - новая версия Wilcox Schroud для установки нашлемного ПНВ.
Прицел Trijicon RMR Jellyfish типа "красная точка" уязвим для грязи и воды, что из-за расщепления света приводит к образованию нескольких красных точек. Защитное покрытие корпуса снижает этот эффект.
Рупорная УКВ-антенна
Кронштейны для переносных спутниковых антенн. Стандартно они развертываются на штативе-треноге, но в некоторых случаях может понадобиться фиксированное крепление.
Чертеж контейнера для переносной радиостанции
Крепление для компаса и часов на водолазном снаряжении.
Проанализировав результаты работы по итогам первого этапа исследования в ходе учения "Колд риспонс-2016", специалисты "Ффи" сделали следующие выводы:
1) Только один из принтеров (модель "Стратасис фортус 250") показал стабильную работу в условиях, отличающихся от производственных (лабораторных), при этом были получены детали лучшего качества, чем на других аппаратах.
2) В целом, изготовленная в 3D печати продукция имеет достаточно высокие качественные характеристики. Эта технология может быть использована как для производства копий деталей, идентичных оригинальным, так и для внесения изменений в существующую конструкцию, а также для создания концептуально новых образцов. При этом, особое значение имеет непосредственное сотрудничество оператора принтера и конечного пользователя.
3) Наибольший интерес для вооруженных сил представляет возможность производства запасных частей в полевых условиях, поскольку позволяет значительно уменьшить логистические издержки на создание запасов, их хранение, доставку и т.п. Также существенно сокращаются и временные затраты.
Тем не менее, 3D печатное производство в полевых условиях сопряжено с целым рядом проблем, к основным из которых относятся:
1) Перебои в подаче электроэнергии крайне негативно сказываются на работе аппаратов и качестве изготовленных образцов, в связи с этим требуется наличие источника бесперебойного стабильного питания.
2) Время, необходимое для изготовления одного изделия (до 40 часов), ограничивает производительность аппаратов. А время создания компьютерной модели при разработке нового образца еще больше времени его производство. Для минимизации таких временных затрат требуются высококвалифицированные операторы.
3) Применяемые в настоящее время полимерные материалы для 3D печати не могут в полной мере обеспечить потребности ВС, поэтому в дальнейшем будет рассматриваться возможность использования аппаратов, работающих с металлическими компонентами.
До конца 2016 года планировалось проведение дальнейших исследований в области военного применения 3D принтеров, в том числе:
• испытание новых моделей принтеров;
• проведение испытаний на надводных платформах в интересах ВМС;
• оценка возможностей использования на других мобильных платформах, в том числе с использованием гиростабилизации.
С 14 ноября по 2 декабря с.г. технологию 3D печати дополнительно протестировали в морских условиях в ходе учения "Флотекс-2016" ВМС Норвегии.
На втором этапе исследовались только две модели 3D принтеров: "Стратасис фортус 250" (Stratasys Fortus 250) и "Мейкербот репликатор 2икс" (Makerbot replicator 2x).
Вся техника и дополнительное оборудование размещались на борту ПК БОХР "Баренцхав", выполнявшего функции судна снабжения всей группировки. При этом принтер "Стратасис" с наилучшим качеством печати, но и со значительными массогабаритными характеристиками стационарно закрепили на палубе, а самый миниатюрный из всех "Мейкербот" установили на импровизированной гиростабилизированной платформе.
3D принтер "Стратасис фортус 250" на борту ПК БОХР "Баренцхав"
Основные задачи на данном этапе исследований:
1) исследование возможности применения технологии 3D печати на надводных платформах и оценка ее экономической эффективности по сравнению с действующей в настоящее время логистической системой;
2) изучение влияния движения корабля а также работы его систем и механизмов на работу 3D принтеров и на качество производимой с их помощью продукции.
Изготовленные на 3D принтерах в ходе учения "Флотекс-2016" изделия в сравнении с оригиналами
Несмотря на то, что проверка в эксплуатации полученных образцов не проводилась, специалисты ВМС отметили, что технология 3D печати представляет для них значительный интерес, поскольку теоретически позволяет в максимально сжатые сроки обеспечить производство деталей для замены вышедших из строя, поддерживая тем самым высокую техническую готовность основных систем и вооружения корабля. При этом в случае отсутствия в ЗИП какой-либо запасной детали, не требуется организация ее доставки с берега.
Следует отметить, что при использовании данной технологии может возникнуть ряд вопросов юридического характера, связанных с получением лицензии производителя на изготовление копий, а также с сертификацией качества получаемой продукции.