Аддитивные технологии в оборонной промышленности
3D-печать компонентов БПЛА
История производства беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) прошла большой путь с начала Первой мировой войны. Хотя разработка дронов ведётся прежде всего для военных целей, сегодня мы видим большое количество беспилотных устройств, используемых в гражданской и коммерческой сферах. Стремительный технический прогресс расширяет возможности современных БПЛА, существенную роль в этом прогрессе играют технологии аддитивного производства.
Эволюция применения 3d-принтеров в ВПК
От прототипирования к производству конечных изделий
Согласно маркетинговому исследованию международной компании Market Research Future (MRFR), к 2026 году объем рынка 3d-печати в аэрокосмическом и оборонном секторе составит 5.58 миллиардов долларов. Несколько лет назад сама возможность использования трёхмерных принтеров была достаточным конкурентным преимуществом. Промышленные предприятия интегрировали аддитивные технологии в процессы разработок и производства, стремясь определить оптимальные варианты применения новых станков. Сегодня, когда ассортимент материалов, пригодных для 3d-печати, включает в себя не только простые пластмассы, но и конструкционные полимеры и металлические сплавы, границы использования 3d-принтеров значительно расширяются. Как отмечают эксперты Market Research Future, 9 из 10 респондентов-представителей оборонной и аэрокосмической отрасли ожидают как минимум двукратный рост загрузки имеющегося у них 3d-оборудования.
Хотя опытное производство всё ещё остаётся основной задачей, которую решают с помощью технологий 3d-печати, уже сейчас наблюдается широкое использование трёхмерных принтеров и для других целей:
- Ремонт и обслуживание техники
- Изготовление оснастки и инструментов
- Мелкосерийное производство конечной продукции
- Исследования и разработка новых материалов
Сегодня популярным направлением применения 3d-принтеров является производство комплектующих и запасных частей непосредственно в зоне ведения боевых действий. Для этого создаются мобильные пункты 3d-печати, с помощью которых военные получают возможность оперативно изготавливать нужные детали и узлы.
Как оптимизировать конструкцию дронов с помощью 3d-печати
Становится все более очевидным, что возможности современных 3d-принтеров позволяют переходить от трёхмерной печати неструктурных компонентов к изготовлению критически важных элементов.
Цельные компоненты вместо сложных сборных конструкций
Разработчики отмечают, что аддитивные технологии обеспечивают большую свободу проектирования в сравнении с традиционными методами производства. Например, с помощью 3d-принтера можно заменить сборку, состоящую из 17 различных элементов, на единую, функциональную конструкцию. Именно этого добились специалисты компании Skydio в ходе разработки беспилотника Skydio X2. Корпус этого дрона был изготовлен на 3d-принтере из угленаполненного пластика, обладающего такой же жесткостью как титан при значительно меньшем весе полимера.
Оптимизация дизайна путём снижения количества используемых деталей и соединительных элементов сокращают время, требующееся на сборку устройства, снижает риски допущения ошибок, повышает механические свойства дрона. Кроме того, упрощение конструкции приводит к меньшим затратам материала в сравнении с субтрактивными методами производства.
Свобода проектирования проявляется также и в том, что 3d-принтеры способны воспроизводить сложные геометрические формы, что крайне затруднительно или даже невозможно с помощью традиционных методов, таких как литьё под давлением.
Оптимальное соотношение веса и мощности
Одной из главных задач при проектировании беспилотных летательных аппаратов является, с одной стороны, достижение оптимальных аэродинамических свойств дрона. А с другой, обеспечение минимально возможного веса устройства.
БПЛА работают от аккумуляторной батареи, для переноса которой требуются большие затраты энергии. Чтобы выработать больше энергии, необходимы батареи большего размера. Но они увеличивают вес, что должно компенсироваться большей мощностью, для чего нужны батареи ёщё большего размера… Решением этого замкнутого круга – использование аддитивных технологий.
3d-принтеры позволяют создавать решётчатую структуру, которая значительно снижает вес изделия без ущерба для прочностных характеристик конструкции. Такой метод производства внутренних (невидимых) частей деталей считается относительно молодым, так как получил широкую популярность именно с появлением технологий 3d-печати три десятилетия назад. Однако, эта концепция использовалась многим ранее – конструкция Эйфелевой башни, проектирование которой началось в 1887 году, предполагает как раз использование решётчатой структуры.
Использование жестких композитных материалов
Сегодня, практически все беспилотные летательные аппараты обладают компонентами, выполненными из карбонового материала. Использование лёгких полимеров, усиленных углеволокном, позволяет заменить металлы и обеспечить более высокую скорость дронов.
В аэрокосмической отрасли жесткость материала имеет ключевое значение. Вращающиеся элементы, такие как роторы, лопасти, пропеллеры, подвергаются серьёзному давлению. Поэтому они должны быть достаточно жёсткими, чтобы выдержать воздействие тяги. Некоторые композитные полимеры, использующиеся в 3d-печати, обладают прочностью и жесткостью, схожими с лёгкими металлами - предел прочности на изгиб достигает 130 МПа, а предельная жёсткость при изгибе 12 ГПа.
Дроны поддерживают связь с наземными станциями с помощью беспроводной или спутниковой связи. Карбоновые материалы способны одновременно поглощать определенные электромагнитные частоты и пропускать другие. По этой причине они применяются для создания обтекателей, защищающих передающую и приёмную антенны.
Производство «по запросу» как оптимизация цепочки поставок
В своём исследовании компания Teal Group обращает внимание на то, что применение 3d-принтеров в целях проектирования и производства дронов является одним из наиболее динамично развивающихся направлений в оборонном секторе. В следующем десятилетии по оценкам специалистов затраты на производство БПЛА с использованием аддитивных технологий составят 99 миллиардов долларов.
Это связано с тем, что в современных условиях военные применяют дроны для решения самых разных задач – разведки и наблюдения, доставки грузов, проведения ударных операций. Поэтому ожидается дальнейший рост потребности в оперативном изготовлении малых и средних партий запасных частей, требующихся для поддержания работоспособности БПЛА. Когда речь заходит о мелкосерийном производстве, технологии 3d-печати являются оптимальным решением с точки зрения сроков изготовления комплектующих и их себестоимости.
Локализованное производство с применением аддитивных технологий не только приводит к снижению времени изготовления и стоимости самих изделий, но позволяет также оптимизировать логистические цепочки. Так как наличие собственного цеха избавляет от необходимости нести расходы на доставку продукции. Кроме того, отсутствие участия сторонних подрядчиков в поддержании работоспособности дронов обеспечивает конфиденциальность разработок, что особенно важно для оборонной отрасли.
3D-принтеры для военно-промышленного комплекса
Наша компания – профессиональный поставщик систем аддитивного производства и трёхмерного сканирования. Мы обладаем богатым опытом сотрудничества с ведущими оборонными предприятиями России. Благодаря чему понимаем потребности и вызовы, стоящие сегодня перед военно-промышленным комплексом.
Наш каталог продукции для оборонной промышленности включает в себя 3d-оборудование, способное решать задачи разной степени сложности. У нас представлены как профессиональные устройства, предназначенные для прототипирования, так и промышленные установки, использующиеся для мелкосерийного производства конечных изделий и запасных частей. Устройства способны работать ассортиментов материалов – от классического ABS пластика до тугоплавких полимеров класса PEEK и металлических сплавов.
По вопросам подбора оборудования обращайтесь к нам любым удобным способом.
