Briti armee toob 3D-metalliprinterid rindele

Moodsa remonditöökoja sisemuses: ABB robotkäsi tõstab välja äsja külmalt valmis saanud metalldetaili. Foto: Briti armee / army.mod.uk

Briti armee on arendamas ja rakendamas uusi mobiilseid remondiseadmeid, mis  lihtsamalt öeldes on metalli 3D-printimise seadmed välioludes.

Projekti Brokkr kaudu on Ühendkuningriigi kaitsevägi saavutanud läbimurde lahingutehnika taastamises otse nii-öelda kuumades kohtades, kus saab kohapeal taastada või valmis teha mõne katkise sõjatehnika osa, viies metalli tootmisprotsessi tehasest ja laborist välja otse veoauto peale, et seda saaks kõikjal välioludes kasutada.

Projekti nimi Brokkr võib tunduda kummaline, aga kui süveneda Skandinaavia mütoloogiasse, saab teada, et Brokkr ja Eitri olid legendaarsed kääbusvennad, kes olid tuntud oma erakordsete metallitööoskuste poolest, millega nad valmistasid maagilisi esemeid, kirjutab Army.mod.uk.

Tõsi, Briti armee projekti Brokkr raames valmistatavad komponendid võivad tunduda vähem maagilised kui näiteks Odini oda või Thori vasar, kuid selle tehnoloogia rakendamine toob kaasa häid lahendusi paljudele keerulistele ja kulukatele tarneahela probleemidele sõjaväes ning pidevalt muutuvatele ohtudele vaenulikus keskkonnas.

Põhimõtteliselt on uue seadme puhul tegemist tahke objekti loomisega, ehitades seda kiht kihi haaval, erinevalt töötlemisprotsessist, mis võtab terve materjalitüki ja vähendab seda soovitud kujuni. 3D-printimise protsessi eelis ongi selgelt väiksem jäätmete hulk, mis omakorda vähendab kulusid ja keskkonnamõju.

Nüüd on lahingus jupid alati olemas: see kinnitusdetail sõjaväe Land Roverile ongi kohapeal välja prinditud. Foto: Briti armee / army.mod.uk

Briti armee hakkas lisadetailide tootmist tõsiselt kasutama 2019. aastal. Kuningliku sõjaväe insenerid katsetasid seda Lõuna-Sudaani missiooni Op TRENTON ajal. Kooli taastamisel sai kiiresti selgeks, et 3D-printimine oli kõige tõhusam viis vajalike torustikuliitmike tootmiseks, mis olid kriitilise tähtsusega ka välihaigla loomisel ja hooldamisel.

Kohapeal selgus, et kui tavaliselt ostaks selliseid toruklambreid mõnest kohalikust ehituspoest 99 penni eest, siis keset Aafrikat polnud neid kuskilt võtta ega kuhugi minna, ainus lahendus oli neid ise valmistada.

Tollal kasutati lihtsat, peaaegu hobitehnoloogiat, kuid nüüd on Briti armee selle lahenduse edasi arendanud.

Kui esialgu tegeleti polümeeride ehk plastmassi printimisega, siis hiljem hakati arendama ka metallobjektide printimist protsessiga, mida tuntakse külmmetalli 3D-printimisena või täpsemalt öeldes supersonilise osakeste sadestusena (Supersonic Particle Deposition ehk SPD).

Selle asemel, et osakesi kuumusega kokku sulatada, nagu tehakse näiteks laseriga, «tulistatakse» metallipulbrit osakestena läbi düüsi kiirusega kuni Mach-3 ehk kolmekordse helikiirusega, nii et see sadestub substraadile arvutis kavandatud kujul.

Kuna see protsess ei kasuta kuumust, kulub suuremate objektide tootmiseks vähem aega. Kuumusfusioonisüsteem ehk justkui terahaaval metalli kokku keevitamine võimaldab toota palju suurema täpsusega, kuid see võtab rohkem aega ja teeb väiksemaid tooteid. Sõjaväel on vaja tihti ka suuremaid detaile ja SPD-meetod võimaldab toota suuremaid objekte palju kiiremini.

Mis on külmmetalli 3D-printimine?

Külmmetalli 3D-printimine ehk SPD (Supersonic Particle Deposition) on 3D tootmisprotsess, mis erineb traditsioonilisest metalliprintimisest mitmel olulisel viisil.

Erinevalt tavapärastest 3D-metalliprintimise protsessidest, mis kasutavad osakeste ühendamiseks kõrgeid temperatuure (keevitust), toimub külmmetalli 3D-printimine ilma soojuseta. Selle asemel lastakse metallipulbrit läbi düüsi väga suurel kiirusel – kolmekordse helikiirusega. Osakesed põrkuvad vastu olemasolevat kihti ja moodustavad kihilise struktuuri vastavalt arvutil loodud kujundusele.

Selle lahenduse eelised on järgmised:

Kiirus ja efektiivsus: kuna protsess ei nõua kuumutamist, saab suuremaid objekte toota kiiremini kui traditsiooniliste meetoditega.

Suurus: kuigi kuumusfusioonisüsteemid võimaldavad kõrgemat täpsust, saab SPD hakkama suuremahuliste objektide kiire tootmisega.

Keskkonnasõbralikkus: külmmetalli 3D-printimine vähendab energiakulu ja süsiniku jalajälge, kuna puudub vajadus osade transportimiseks ja kohaletoimetamiseks. Materjalikulu on samuti väiksem kui klassikalisel metallitöötlusel.

Mitmekülgsus välioludes: SPD-tehnoloogia on sobiv töötamiseks välitingimustes ja rasketes oludes, muutes selle ideaalseks sõjaväeoperatsioonide ajal.

Allikas: Briti armee

Projekti Brokkr tootmisvõimekuse arendasid välja 9. pataljoni kuninglikud elektri- ja mehaanikainsenerid (REME) ning see on esimene selline võimekus välitöödel kasutamiseks.

Kuigi seda tootmisviisi on kasutatud mujalgi, on see jäänud väga paikseks ja toimub  peaaegu steriilsetes laborilaadsetes keskkondades. Armees kasutatakse aga lahendust veoautol.

Komponendi tootmine algab tavaliselt objekti disainimisest ja läbib tootmise kuni järeltootmiseni, nagu kuumtöötlus, freesimine ja viimistlemine, mis kasutavad palju traditsioonilisi oskusi.

Kuigi 3D-printeril tootmine ei asenda kunagi täielikult sõjaväe logistilist tarneahelat, pakub see vahendeid teatud probleemide leevendamiseks operatsioonidel. Võimekus toota komponenti välioludes, et mõni militaarsõiduk uuesti töökorda saada, on ilmselge: see tähendab tõhusust, remondi kiirust, transpordikulude vähenemist ja palju väiksemat süsinikujälge, kuna osi ei pea kohale tooma ega lennutama.

Katkiste detailide jaoks võib aga vaja minna ka 3D-skannerit, mis tükkide kolmemõõtmelise kujutise arvutisse võtab, kus uue detaili mudeli saab kokku panna.

Praegu on REME viinud mobiilse 3D-külmmetalli printimisvõimekuse Saksamaale Sennelagerisse, kus seda kasutatakse õppusel Steadfast Defender. Ühendkuningriigi kaitseväe esimene selline ettevõtmine liigub edasi Belgiasse, kus osaletakse 3D-printeriga  Euroopa Kaitseagentuuri korraldatud tootmisnäitusel.

REME sõdurid võistlevad ühtlasi ka oma Euroopa kolleegidega, et diagnoosida rikke põhjustanud sõiduk, kavandada asendusosa, valmistada see ja paigaldada. Eelmisel korral võitis Briti armee sellise võistluse ilma 3D-külmmetalli printimiseta tugevas konkurentsis Prantsusmaa, Saksamaa, Hollandi ja paljude teiste ees.