آیا آینده جنگ در دست چاپ سه‌بعدی‌ست؟
چاپ سه‌بعدی، صنعت تولید و سازه را دگرگون کرده است. با پرینترهای سه‌بعدی می‌توان پیچیده‌ترین قطعات و ابزارهای صنعتی را با دقت بالا و فقط در عرض چند ساعت تولید کرد. فرآیند تولید در پرینترهای سه‌بعدی به روش افزایشی انجام می‌شود و آینده بسیار روشنی را برای صنایع مختلف ترسیم می‌کند.
یکی از صنایعی که بر روی مزیت‌های چاپ سه‌بعدی حساب ویژه‌ای باز کرده، صنعت ارتش است. در سال ۲۰۲۰، ارزش جهانی صنعت ارتش ۱.۸۳ تریلیارد (هزار میلیارد) دلار تخمین زده شد و انتظار می‌رود که این روند ادامه هم داشته باشد. حالا به نظر می‌آید که ارتش برای ساخت سلاح‌ها، ابزارها و قطعات سیستم‌ها و ماشین‌های خود، به فرآیند چاپ سه‌بعدی روی آورده است.
چاپ سه‌بعدی تفنگ‌ها، گلوله‌ها و بمب‌ها
تفنگ‌ها، گلوله‌ها و تانک‌ها از اساسی‌ترین تسلیحات جنگی هر ارتشی به شمار می‌روند. فقط در سال ۲۰۱۷، حدود ۱۳۰ میلیون توپخانه و بیش از ۱۰۰ هزار اسلحه در جهان در حال چرخش میان ارتش‌ها بود. همین‌طور هرساله حدود ۱۰ میلیارد گلوله‌‌ی جنگی تولید می‌شود. این حجم از تولید به قدری است که می‌توان تمامی زن‌ها، مردها و بچه‌های زنده در دنیا رو با گلوله کشت و همچنان ۲.۵ میلیارد گلوله را به طور مازاد ذخیره کرد.
برای اینکه سلاح‌های جنگی درست عمل کنند، باید با دقت فوق‌العاده‌ای تولید شوند و مقاومت بالایی داشته باشند. گلوله‌ها، فشنگ‌ها و دیگر ابزارهای جنگی برای کالیبره صحیح، باید دقت میلی‌متری داشته باشند. آنها همین‌طور باید از مقاومت حرارتی بالایی هم برخوردار باشند و در عین حال، از مواد محکم اما ارزان‌قیمت ساخته شوند.
اخیرا دو شرکت Titomic و Repkon برای تولید سلاح‌های جنگی با پرینترهای سه‌بعدی در استرالیا قرارداد امضا کرده‌اند. آنها قصد دارند در یک همکاری مشترک، تخصص تولید سیلندر شرکت Repkon را با پرینترهای تخصصی سه‌بعدی Titomic ترکیب کرده و از آن برای تقویت ابزارهای دفاعی ارتش استرالیا بهره بگیرند.
شرکت ترکیه‌ای Repkon از چهار دهه تجربه در زمینه ساخت قطعات فلزی موردنیاز صنایع ارتشی برخوردار است و غلاف فلزی، پوکه‌‌ی فشنگ، بدنه موشک و دیگر قطعات مورد نیاز ارتش را تولید می‌کند.
شرکت استرالیایی Titomic هم به‌خاطر پرینترهای تولید افزایشی خود به نام Titomic Kinetic Fusion (TKF) شناخته می‌شود. در این روش از گاز فشرده برای منسجم کردن پودر فلز با سرعت فراصوت برای ساخت استفاده می‌شود. نیروی جنبشی‌ای که در این سرعت بالا تولید می‌شود، به قدری‌ست که می‌تواند ذرات فلز را تغییر شکل دهد و به این‌ترتیب، آنها را در لایه‌های ضخیم به یکدیگر بچسباند. با ادامه این فرآیند، قطعات فلزی موردنظر با استحکام فوق‌العاده ساخته می‌شوند. این روش چاپ سه‌بعدی، ضایعات پودر فلزات را تا ۹۰ درصد کاهش می‌دهد و از نظر محیط‌زیستی هم تا ۶۰ درصد از تولید آلاینده‌های گلخانه‌ای می‌کاهد.
در حالی که در سایر روش‌های چاپ سه‌بعدی، از روش‌های حرارتی برای چسباندن ذرات فلز در کنار هم استفاده می‌کنند، در روش TKF از روش «اسپری سرد» استفاده می‌شود. در این روش، برای تولید قطعات، از اشعه لیزر یا منبع حرارتی دیگری استفاده نمی‌شود، بلکه انرژی موردنیاز از نیروی جنبشی ناشی از گاز فشرده شده تامین می‌شود.
سرعت تولید در پرینترهای TKF بسیار بالاست. پرینتر مدل ۹۰۰۰ TKF، قطعات را با سرعت ۷۵ کیلوگرم در ساعت تولید می‌کند و می‌تواند قطعاتی با حداکثر ابعاد ۹ متر در ۳ متر در ۱.۵ متر تولید کند. قطعاتی که به این روش تولید می‌شوند، از استحکام بسیار بالایی برخوردارند و درصد تخلخل آنها فقط ۳ درصد است. پرینترهای سه‌بعدی TKF همچنین می‌توانند قطعات را با مواد مختلف مانند تیتانیوم، مس، فولاد، نیکل، اینکول ۷۱۸ و اینوار ۳۶ را تولید کند.
پرینتر TKF9000 یکی از بزرگترین پرینترهای سه‌بعدی صنعتی جهان است.
پرینترهای TKF همچنین می‌توانند قطعات را از ترکیب مواد مختلف تولید کنند. مثلا می‌توانند اول لایه‌های تیتانیومی را پی‌ریزی کنند و بعد بر روی آنها، لایه‌های از فلزات دیگر مانند نیکل یا فولاد قرار دهند. بنابراین با این سیستم‌ها می‌توان قطعاتی تولید کرد که از‌ترکیب فلزات مختلف ساخته شده‌اند.
فناوری TKF همچنین امکان استفاده از آلیاژهای مختلف در فرآیند تولید را فراهم کرده که می‌توان آنها را با نسبت‌های مختلف در طی چاپ به قطعه اضافه کرد. مثلا می‌توان در ساخت ابزارهای پلیمری، پلاستیکی و سرامیکی، مقداری فلز اضافه کرد که به این روش، متالایز کردن قطعه گفته می‌شود. این‌کار هم استحکام آنها را افزایش می‌دهد و هم برخی ویژگی‌های مفید دیگر را به آنها اضافه می‌کند. این فرآیند هم از نظر هزینه و هم زمان اثربخش و معقول است. بنابراین، صنایع ارتشی می‌توانند از هر سه روش چاپ افزایشی فلز، آلیاژهای مختلف و یا از روش متالایز کردن، ابزارها و قطعات مورد نیاز ارتش را تولید کنند.
با استفاده از سیستم‌های TKF می‌توان قطعاتی تولید کرد که از ترکیب فلزات مختلف یا ویژگی‌های متفاوت ساخته شده‌اند. در عکس بالا یک قطعه را می‌بینید که قسمتی از آن از جنس تیتانیوم خالص است، قسمت دیگری از آن از جنس آلیاژ تیتانیوم و مس است و قسمت دیگر از سوپرآلیاژ نیکل ساخته شده است.
درسال ۲۰۲۰، کمپانی Titomic با شرکت Composite Tech که یک تولیدکننده جهانی در زمینه تولید تجهیزات ارتش است، یک قرارداد ۱۹.۷ میلیون دلاری بست و در طی آن متعهد شد که کالاهای دفاعی موردنیاز سازمان ناتو (Nato) را با بهره‌گیری از پرینترهای سه‌بعدی تولید کند. بر طبق این قرارداد، دو پرینتر TKF مجهز به ۱۵ میلیون آپشن Titomic، در اختیار شرکت Composite Tech قرار داده می‌شود.
دور زدن چالش‌های مربوط به زنجیره تامین
ارتش‌ها فقط به تفنگ‌ها، گلوله‌ها و دیگر سلاح‌های مربوط به توپخانه‌های جنگی نیاز ندارند، ماشین‌ها، سیستم‌ها و وسایل‌نقلیه هم از تجهیزات مهم ارتش به حساب می‌آیند که در صورت نبود آنها، هیچ ماموریت نظامی‌ای نمی‌تواند انجام شود. بنابراین مهم است که فرآیند ساخت و تدارکات این قبیل تجهیزات ارتشی هم با کارآمدی و اثربخشی حداکثری انجام بگیرد، چون هرگونه وقفه در تولید به علت خطا یا خرابی یا تاخیر در تحویل این کالاها می‌تواند صدمات بسیار جدی‌ای را به بدنه ارتش تحمیل کند. مخصوصا در مورد ناتو که زمان انجام ماموریت‌ها در آن از حساسیت بالایی برخوردار است.
در همین راستا، بسیاری از بخش‌های مربوط به دفاع نظامی، به دنبال روش‌هایی هستند که بتوانند ابزارهای مورد نیاز خود را به شکل درون سازمانی و با کمترین چالش و زمان تولید کنند. مثلا همین حالا نیروی دریایی آمریکا برای تولید قطعات موردنیاز بر روی کشتی‌های نظامی خود از پرینترهای سه‌بعدی شرکت Xerox استفاده می‌کند. پس پرینترهای سه‌بعدی، برای استفاده در صنایع نظامی و تولید به‌صرفه و با سرعت ابزارهای جنگی از پتانسیل بالایی برخوردار هستند.
کمپانی SPEE 3D هم یکی دیگر از چاپخانه‌های پرینتر سه‌بعدی مانند Titomic است که از یک فناوری مشابه با Titomic برای تولید قطعات به روش افزایشی استفاده می‌کند. همه قطعاتی که با فرآیند انحصاری این شرکت تولید می‌شوند، مستحکم و مقرون به‌صرفه هستند و قیمت هر قطعه، از ۴۰ دلار تا ۱۰۰ دلار در هر کیلو متفاوت است. پرینترهای این شرکت، توانایی تولید قطعات از جنس مس، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم و برنز را دارند که همه آنها از استحکام انبساطی بالایی برخودارند، مقرون به‌صرفه‌اند و برای انجام ماموریت‌های نظامی مقاومت بالایی دارند.
سال گذشته، ارتش استرالیا برای ساخت برخی از ابزارهای نظامی خود با این شرکت قرارداد ۱.۵ میلیون دلاری امضا کرد. قرار است کالاهای موردنیاز ارتش استرالیا، با پرینتر WrapSPEE3D انجام شود. سرعت چاپ این پرینتر، ۱۰۰ گرم در دقیقه است و می‌تواند قطعاتی با وزن ۴۰ کیلوگرم را چاپ کند.
در حال حاضر، آزمایشات میدانی بر روی پرینتر WrapSPEE3D در حال انجام است که مقاومت این پرینتر را در شرایط محیطی سخت و خشن مانند طوفان‌های شنی، جابه‌جایی‌های طولانی با قطار و …، و میزان راندمان و اثربخشی آن برای استفاده در موقعیت‌های بحرانی و اضطراری را مورد سنجش قرار می‌دهد.
دیگر کاربردهای چاپ سه‌بعدی در ارتش
پرینترهای چاپ سه‌بعدی فقط برای چاپ قطعات و ابزارهای نظامی مناسب نیستند. با پیشرفت و توسعه روزافزون نرم افزارهای چاپ سه‌بعدی، حالا طراحی و تولید پیچیده‌ترین و نوآورانه‌ترین قطعات که قبل از این امکان ساخت آنها وجود نداشت، به‌راحتی و بدون دغدغه قابل انجام است. مثلا، عینک‌های ایمنی دید در شب ارتش آمریکا یک سوئیچ حساس برای خاموش و روشن کردن دارد که اگر بشکند، قابل‌تعمیر نیست و عینک باید تعویض شود. اما حالا با پرینترهای سه‌بعدی، طراحی این سوئیچ‌ها بازبینی و اصلاح شده که هم استحکام آنها را افزایش داده است و هم امکان تعویض سریع سوئیچ، بدون دور انداختن عینک را فراهم کرده است.
منبع: www.engineering.com
