في أوائل أغسطس 2016 ، اختبرت البحرية الأمريكية بنجاح Osprey MV-22 tiltrotor. هذه الطائرة نفسها ليست غير عادية. كانت المركبة ذات الدوارين في الخدمة مع البحرية الأمريكية لفترة طويلة (تم تشغيلها في النصف الثاني من الثمانينيات) ، ولكن لأول مرة في التاريخ ، تم تثبيت أجزاء مهمة على مائل (سلامة الطيران تعتمد بشكل مباشر عليها) ، والتي كانت طابعة ثلاثية الأبعاد مطبوعة.
للاختبار ، قام الجيش الأمريكي بطباعة شريحة لربط المحرك بجناح المحرك المائل من التيتانيوم باستخدام تلبيد ليزر مباشر طبقة تلو طبقة. في الوقت نفسه ، تم تثبيت مقياس الضغط على الحامل نفسه ، وهو مصمم لتسجيل تشوه محتمل للجزء. يتم توصيل كل من محركي Osprey MV-22 tiltrotor بالجناح باستخدام أربعة أقواس من هذا القبيل. في الوقت نفسه ، في وقت أول رحلة تجريبية لمحرك الإمالة ، والتي جرت في 1 أغسطس 2016 ، تم تثبيت شريحة واحدة فقط مطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد. في وقت سابق تم الإبلاغ عن أن حوامل الكنة المطبوعة بطريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد قد تم تثبيتها أيضًا على المائل.
تم تنفيذ تطوير الأجزاء المطبوعة من أجل tiltrotor بواسطة مركز عمليات الطيران القتالي التابع للبحرية الأمريكية الموجود في قاعدة McGuire-Dix-Lakehurst المشتركة في نيو جيرسي. تم إجراء اختبارات طيران Osprey MV-22 بأجزاء مطبوعة في قاعدة نهر باتكسنت التابعة للبحرية الأمريكية ، واعترف الجيش بأن الاختبارات كانت ناجحة تمامًا. يعتقد الجيش الأمريكي أنه بفضل الإدخال الواسع للطباعة ثلاثية الأبعاد ، ستكون التكنولوجيا في المستقبل قادرة على إنتاج قطع غيار للمحولات بسرعة وبتكلفة منخفضة نسبيًا. في هذه الحالة ، يمكن طباعة التفاصيل الضرورية مباشرة على السفن. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل الأجزاء المطبوعة لتحسين أداء التجميعات والأنظمة المدمجة.
قوس جبل التيتانيوم المطبوع للسيارات
كان الجيش الأمريكي مهتمًا بتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد منذ بضع سنوات ، ولكن حتى وقت قريب ، لم تكن وظيفة الطابعات ثلاثية الأبعاد واسعة بما يكفي لاستخدامها بشكل روتيني لبناء أجزاء معقدة إلى حد ما. تم إنشاء أجزاء المحرك المائل باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد مضافة. يتكون الجزء تدريجياً في طبقات. يتم ربط كل ثلاث طبقات من غبار التيتانيوم بالليزر ، وتتكرر هذه العملية طالما كان ذلك ضروريًا للحصول على الشكل المطلوب. بعد الانتهاء ، يتم قطع الزائدة عن الجزء ؛ العنصر الناتج جاهز تمامًا للاستخدام. منذ أن اكتملت الاختبارات بنجاح ، لن يتوقف الجيش الأمريكي عند هذا الحد ، بل سيقومون ببناء 6 عناصر هيكلية أكثر أهمية في المحرك المائل ، سيكون نصفها أيضًا من التيتانيوم ، والآخر - الصلب.
الطباعة ثلاثية الأبعاد في روسيا وجميع أنحاء العالم
على الرغم من حقيقة أن إنتاج نوع الطابعة قد تم تنفيذه بنجاح في الولايات المتحدة وروسيا منذ عدة سنوات ، إلا أن إنشاء عناصر للمعدات العسكرية في طور الانتهاء والاختبار. بادئ ذي بدء ، يرجع هذا إلى المتطلبات العالية جدًا لجميع المنتجات العسكرية ، خاصة من حيث الموثوقية والمتانة.ومع ذلك ، فإن الأمريكيين ليسوا وحدهم في إحراز تقدم في هذا المجال. للسنة الثانية على التوالي ، ينتج المصممون الروس قطع غيار للبنادق الهجومية والمسدسات المطورة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. التقنيات الجديدة توفر وقت الرسم الثمين. ويمكن أن يوفر وضع مثل هذه الأجزاء عملية استبدال سريعة في الميدان ، في كتائب الإصلاح ، حيث لن تكون هناك حاجة لانتظار قطع الغيار من المصنع لنفس الدبابات أو الطائرات بدون طيار.
بالنسبة للغواصات ، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد العسكرية ستكون ببساطة تستحق وزنها بالذهب ، لأنه في حالة الملاحة المستقلة لمسافات طويلة ، فإن استبدال الأجزاء بواسطة الغواصات أنفسهم سيعطي الغواصة موردًا لا ينضب تقريبًا. لوحظ وضع مماثل مع السفن التي تقوم برحلات طويلة وكاسحات الجليد. ستتلقى معظم هذه السفن طائرات بدون طيار في المستقبل القريب جدًا ، الأمر الذي سيتطلب في النهاية إصلاحًا أو استبدالًا كاملاً. إذا ظهرت طابعة ثلاثية الأبعاد على ظهر السفينة ، مما سيجعل من الممكن طباعة قطع الغيار بسرعة ، فيمكن استخدام الجهاز مرة أخرى في غضون ساعات قليلة. في ظروف عبور العمليات والتنقل العالي لمسرح العمليات العسكرية ، سيسمح التجميع المحلي لبعض الأجزاء والتجمعات والآليات في الحال بالحفاظ على مستوى عالٍ من كفاءة وحدات الدعم.
Osprey MV-22
بينما يطلق الجيش الأمريكي طائراته المكشوفة ، يستخدم المصنعون الروس لخزان Armata طابعة صناعية في Uralvagonzavod للعام الثاني بالفعل. بمساعدتها ، يتم إنتاج أجزاء من المركبات المدرعة ، وكذلك المنتجات المدنية. ولكن حتى الآن ، يتم استخدام هذه الأجزاء فقط للنماذج الأولية ، على سبيل المثال ، تم استخدامها في إنشاء خزان Armata واختباراته. في قسم كلاشينكوف وكذلك في TsNIITOCHMASH ، بأمر من الجيش الروسي ، يصنع المصممون أجزاء مختلفة من الأسلحة الصغيرة من رقائق معدنية وبوليمر باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد. مكتب تصميم أجهزة Tula الذي يحمل اسم Shipunov ، CPB الشهير ، والمعروف بتشكيلة غنية من الأسلحة المصنعة: من المسدسات إلى الصواريخ عالية الدقة ، لا يتخلف عنها. على سبيل المثال ، يتم تجميع مسدس واعد وبندقية هجومية ADS ، والتي تهدف إلى استبدال القوات الخاصة AK74M و APS ، من أجزاء بلاستيكية عالية القوة مطبوعة على طابعة. بالنسبة لبعض المنتجات العسكرية ، كان CPB قادرًا بالفعل على إنشاء قوالب ؛ في الوقت الحاضر ، يتم العمل على التجميع التسلسلي للمنتجات.
في الظروف التي يُلاحظ فيها سباق تسلح جديد في العالم ، يصبح توقيت إطلاق أنواع جديدة من الأسلحة مهمًا. على سبيل المثال ، في المركبات المدرعة ، عادةً ما تستغرق عملية إنشاء نموذج ونقله من الرسومات إلى نموذج أولي عامًا أو عامين. عند تطوير الغواصات ، تكون هذه الفترة أطول مرتين بالفعل. يشير أليكسي كوندراتييف ، الخبير في مجال البحرية ، إلى أن "تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ستقلل الفترة الزمنية عدة مرات إلى عدة أشهر". - سيتمكن المصممون من توفير الوقت على الرسومات عند تصميم نموذج ثلاثي الأبعاد على جهاز كمبيوتر وعمل نموذج أولي للجزء المطلوب على الفور. في كثير من الأحيان ، تتم إعادة صياغة الأجزاء مع مراعاة الاختبارات التي تم إجراؤها وفي عملية المراجعة. في هذه الحالة ، يمكنك تحرير التجميع بدلاً من الجزء والتحقق من جميع الخصائص الميكانيكية ، وكيف تتفاعل الأجزاء مع بعضها البعض. في النهاية ، سيسمح توقيت النماذج الأولية للمصممين بتقليل الوقت الإجمالي للعينة النهائية الأولى لدخول مرحلة الاختبار. في الوقت الحاضر ، يستغرق إنشاء جيل جديد من الغواصات النووية حوالي 15-20 عامًا: من الرسم التخطيطي إلى المسمار الأخير أثناء التجميع. ومع زيادة تطوير الطباعة الصناعية ثلاثية الأبعاد وإطلاق الإنتاج الضخم للأجزاء بهذه الطريقة ، يمكن تقليل الإطار الزمني بما لا يقل عن 1.5-2 مرة ".
وفقًا للخبراء ، أصبحت التقنيات الحديثة الآن على بعد عام إلى عامين من الإنتاج الضخم لأجزاء التيتانيوم على الطابعات ثلاثية الأبعاد.من الآمن القول أنه بحلول نهاية عام 2020 ، سيقبل الممثلون العسكريون في مؤسسات المجمع الصناعي العسكري المعدات التي سيتم تجميعها بنسبة 30-50 ٪ باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه ، فإن الأهمية الكبرى بالنسبة للعلماء هي إنشاء أجزاء من السيراميك على طابعة ثلاثية الأبعاد ، والتي تتميز بالقوة العالية وخفة الوزن وخصائص الحماية من الحرارة. تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في صناعات الفضاء والطيران ، ولكن يمكن استخدامها بكميات أكبر. على سبيل المثال ، فإن إنشاء محرك سيراميك على طابعة ثلاثية الأبعاد يفتح الأفق لإنشاء طائرة تفوق سرعتها سرعة الصوت. مع مثل هذا المحرك ، يمكن لطائرة ركاب أن تطير من فلاديفوستوك إلى برلين في غضون ساعتين.
يُذكر أيضًا أن العلماء الأمريكيين قد اخترعوا تركيبة صمغية مخصصة للطباعة في الطابعات ثلاثية الأبعاد. تكمن قيمة هذه الصيغة في القوة العالية للمواد التي يتم الحصول عليها منها. على سبيل المثال ، يمكن لمثل هذه المواد أن تتحمل درجات حرارة حرجة تتجاوز 1700 درجة مئوية ، وهي أعلى بعشر مرات من مقاومة العديد من المواد الحديثة. تقدر ستيفاني تومبكينز ، مديرة العلوم لأبحاث الدفاع المتقدمة ، أن المواد الجديدة التي تم إنشاؤها باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد سيكون لها مجموعات فريدة من الخصائص والخصائص التي لم يسبق لها مثيل من قبل. يقول تومبكينز إنه بفضل التكنولوجيا الجديدة ، سنكون قادرين على إنتاج جزء متين خفيف الوزن وضخم. يعتقد العلماء أن إنتاج أجزاء السيراميك على طابعة ثلاثية الأبعاد سيعني إنجازًا علميًا ، بما في ذلك إنتاج المنتجات المدنية.
أول قمر صناعي روسي ثلاثي الأبعاد
حاليًا ، تعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالفعل بنجاح على إنتاج أجزاء مباشرة على متن محطات الفضاء. لكن الخبراء المحليين قرروا المضي قدمًا إلى أبعد من ذلك ، فقرروا على الفور إنشاء قمر صناعي باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. أنشأت شركة Rocket and Space Energia قمرًا صناعيًا والجسم والقوس وعددًا من الأجزاء الأخرى التي تم طباعتها ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه ، هناك توضيح مهم وهو أن القمر الصناعي الصغير تم إنشاؤه بواسطة مهندسي Energia جنبًا إلى جنب مع طلاب جامعة تومسك للفنون التطبيقية (TPU). حصل أول قمر صناعي للطابعة على الاسم الكامل "Tomsk-TPU-120" (الرقم 120 في الاسم تكريما للذكرى الـ 120 للجامعة ، والتي تم الاحتفال بها في مايو 2016). تم إطلاقه بنجاح في الفضاء في ربيع عام 2016 مع المركبة الفضائية Progress MS-02 ، وتم تسليم القمر الصناعي إلى محطة الفضاء الدولية ثم إطلاقه في الفضاء. هذه الوحدة هي القمر الصناعي الأول والوحيد في العالم ثلاثي الأبعاد.
ينتمي القمر الصناعي الذي أنشأه طلاب TPU إلى فئة الأقمار الصناعية النانوية (CubSat). لها الأبعاد التالية 300x100x100 ملم. كان هذا القمر الصناعي أول مركبة فضائية في العالم لها جسم مطبوع ثلاثي الأبعاد. في المستقبل ، قد تصبح هذه التقنية اختراقًا حقيقيًا في إنشاء أقمار صناعية صغيرة ، فضلاً عن جعل استخدامها أكثر سهولة وانتشارًا. تم تطوير تصميم المركبة الفضائية في مركز TPU العلمي والتعليمي "تقنيات الإنتاج الحديثة". تم إنشاء المواد التي صنع منها القمر الصناعي بواسطة علماء من جامعة تومسك للفنون التطبيقية ومعهد فيزياء القوة وعلوم المواد التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية. كان الغرض الرئيسي من القمر الصناعي هو اختبار التقنيات الجديدة لعلوم المواد الفضائية ؛ وسيساعد العلماء الروس على اختبار العديد من التطورات في جامعة تومسك وشركائها.
وفقًا للخدمة الصحفية للجامعة ، تم التخطيط لإطلاق القمر الصناعي النانوي Tomsk-TPU-120 أثناء السير في الفضاء من محطة الفضاء الدولية. القمر الصناعي مضغوط إلى حد ما ، ولكنه في الوقت نفسه ، مركبة فضائية كاملة ، ومجهزة ببطاريات وألواح شمسية ومعدات راديو على متنها وأجهزة أخرى.لكن ميزتها الرئيسية كانت أن جسمها مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد.
ستسجل أجهزة الاستشعار المختلفة للقمر الصناعي النانوي درجة الحرارة على متنها وعلى البطاريات واللوحات ومعلمات المكونات الإلكترونية. سيتم بعد ذلك نقل كل هذه المعلومات إلى Earth عبر الإنترنت. بناءً على هذه المعلومات ، سيتمكن العلماء الروس من تحليل حالة مواد الأقمار الصناعية وتحديد ما إذا كانوا سيستخدمونها في تطوير وبناء المركبات الفضائية في المستقبل. تجدر الإشارة إلى أن أحد الجوانب المهمة لتطوير المركبات الفضائية الصغيرة هو أيضًا تدريب موظفين جدد للصناعة. اليوم ، يقوم الطلاب والمعلمون في جامعة تومسك بوليتكنيك ، بأيديهم ، بتطوير وتصنيع وتحسين تصميمات جميع أنواع المركبات الفضائية الصغيرة ، مع اكتساب ليس فقط المعرفة الأساسية عالية الجودة ، ولكن أيضًا المهارات العملية اللازمة. وهذا ما يجعل خريجي هذه المؤسسة التعليمية متخصصين فريدين في المستقبل.
تشمل الخطط المستقبلية للعلماء الروس وممثلي الصناعة إنشاء سرب من الأقمار الصناعية الجامعية. "نتحدث اليوم عن الحاجة إلى تحفيز طلابنا على دراسة كل شيء مرتبط بطريقة أو بأخرى بالفضاء - يمكن أن يكون طاقة ومواد وإنشاء محركات جيل جديد ، إلخ. ناقشنا سابقًا أن الاهتمام بالفضاء في البلاد قد تلاشى بعض الشيء ، لكن يمكن إحياؤه. للقيام بذلك ، من الضروري ألا تبدأ حتى من مقعد الطالب ، ولكن من مقعد المدرسة. وهكذا ، شرعنا في طريق تطوير وإنتاج CubeSat - الأقمار الصناعية الصغيرة "- تلاحظ الدائرة الصحفية لمعهد تومسك للفنون التطبيقية بالإشارة إلى رئيس هذه المؤسسة التعليمية العليا ، بيتر تشوبيك.
