Про перспективи технології адитивного виробництва у військовій промисловості – в огляді закордонної спеціалізованої преси від Defense Express.

 

Інтеграція технологій «адитивного виробництва» (також відомого як тривимірний або 3D-друк) дозволяє виробляти антенні й радіочастотні компоненти принципово нової конструкції. Створені за такою технологією вироби мають на порядок меншу вагу й габарити в порівнянні з аналогами, що існують на ринку. Розробники вже використовують ці інструменти в процесі проектування, прототипування, випробування і виробництва легких, компактних і при цьому технологічно і геометрично складних антенних конструкцій радіочастотних пристроїв. Американська компанія Optisys LLC виготовляє антени саме завдяки технології «адитивного виробництва». Які перспективи надає звичайний 3D-принтер військовій промисловості та як обійти санкції за допомогою технології тривимірного друку – у матеріалі Defence Express.

 

Нові технології для звичних конструкцій

 

Одним з недоліків антенних хвилеводів традиційної конструкції є занадто велика вага і габарити. Виготовлення антени традиційним способом вимагає застосування всього ланцюжка процесів – від проектно-конструкторських робіт і створення прототипу до випробувань, виробництва й отримання готового виробу. Завдяки новим технологіям потрібно просто змінити геометрію комп’ютерної моделі та запустити виріб в друк. «При цьому компоненти виробу не вимагають ніякої перевірки та налаштувань, а починають ефективно працювати відразу ж після виходу з принтера», – зазначає Майкл Холленбек, головний технолог компанії Optisys LLC.

 

Іноді замовники насилу вірять, що таке взагалі можливо, признається Холленбек: «Ми бачимо цю реакцію, коли даємо клієнту потримати в руках одну з наших антен. Вони очікують побачити важкий шмат металу, а натомість отримують настільки легкий і компактний виріб, що не можуть повірити своїм очам. Доводиться їм пояснювати, що деталь виготовлена ​​з алюмінію максимальної щільності».

 

Холленбек називає це масовою адаптацією високопродуктивних антен і радіочастотних пристроїв до потреб конкретних замовників. Методом цифрового об’ємного друку можна отримати вироби підвищеної складності із конкретними властивостями, які раніше були недоступні світовій індустрії. Йдеться про такі характеристики як знижена вага, можливість інтеграції різних компонентів, гнучкість конструкції, а також можливість створення виробів складної геометрії, якої неможливо досягти з використанням традиційних методів виробництва.

 

Звичайна моноімпульсна антена для супроводу цілей, яка працює в діапазоні 30 ГГц, складається з 100 або більше різних частин, важить понад 5 кг, а її довжина перевищує 25 см. Компанія Optisys LLC може створити аналог, який складатиметься лише з одного компонента вагою менше ніж 57 г і довжиною всього 5 см. При цьому одразу ж після виходу з принтера антена буде виконувати ті самі функції й з тією самою ефективністю, як і аналог, виконаний за традиційною технологією.

 

Загалом компанія Optisys LLC здатна виготовити будь-яку антену або її елемент в діапазоні від 10 МГц до 100 ГГц (частотні діапазони X, Ku, K, Ka, Q, V і E), а також хвилевід будь-якого розміру і форми на вимогу замовника. Для цього компанії треба знати технічні характеристики всієї системи, а не якоїсь окремої частини. Замовник має знати, чого він хоче від цієї системи, як і де вона буде застосовуватися.

 

Велика збірна антена з декількох частин перероблена у легку, цілісну металеву антену розміром з дололоню за допомогою 3D-друку

 

Крім аерокосмічної індустрії, технології адитивного виробництва активно застосовуються і в інших сферах діяльності. Так, в біомедицині ці технології застосовуються при створенні протезів та інших медичних пристосувань, а в електроенергетиці їх використовують для виробництва гідродинамічних вузлів, інжекторів і форсунок. «У одного з наших замовників була паливна форсунка для турбіни, що складалася з 22-х окремих складових елементів. Конструкція форсунки була повністю перероблена. У результаті була створена однокомпонентна конструкція при одночасному підвищенні ефективності пристрою на 15%, що дозволяє компанії щорічно економити 1 млн. дол. на вартості палива», – розповідає Холленбек.

                                                                                                  

«Зброя» для друкарів

 

Для створення своїх виробів Optisys LLC користується лазерними 3D-принтерами компанії General Electric Additive. За словами її представників, «ці принтери дозволяють організувати економічне виробництво невеликих партій геометрично складних конструктивних елементів без використання додаткових інструментів».

 

 3D-принтер працює за технологією спікання шарів. На підкладці випалюється контур майбутньої деталі. Потім наноситься тонкий шар металевого порошку, а потужний лазер приварює метал. Далі підкладка видаляється і наноситься наступний шар порошку, який приварюється лазером до попереднього шару. Цикли нарощування шарів тривають до тих пір, поки в результаті не вийде бажана деталь. Після закінчення процесу надлишки порошку струшуються і використовуються в наступних циклах..

 

За такою технологією можна виготовляти хвильоводи, антенні решітки, фідери й допоміжні відбивачі, ґратчасті й сітчасті конструкції, перетворювачі ортогональних типів хвиль, поляризатори, рупорні антени, конектори й системи управління. Вони можуть використовуватися як у військових цілях, так і в цивільній сфері, зокрема, в системах прямої радіовидимості, супутникового зв’язку, радіолокації, безпілотних і пілотованих літальних апаратах, а також в портативних пристроях для застосування на землі, в літальних апаратах і в космосі. Тобто там, де необхідно максимально знизити вагу та габарити антени без шкоди для її технічних характеристик і спроможностей.

 

Для створення своїх виробів Optisys LLC користується лазерними 3D-принтерами компанії General Electric Additive

 

Тип металу для виробу потрібно обирати відповідно до кожної конкретної ситуації. Однак для виробництва своєї продукції компанія використовує в основному порошковий алюміній, бо це найкращий метал  з точки зору оптимального балансу механічних і радіочастотних властивостей, коли йдеться про високочастотне середовище. Він має досить високу провідність, що дозволяє досягти хороших характеристик, і при цьому він міцний і легкий. Крім того, він відповідає вимогам військових замовників з точки зору стійкості до ударів і вібрацій.

 

Механічно міцні метали, такі як титан, сталь, кобальт-хромовий сплав і низка інших, бажано використовувати й в суміжних конструкціях антенної системи. Однак вони сильно поступаються алюмінію за характеристиками провідності. Тобто, конструкція стане міцнішою, але коштом погіршення її фізичних властивостей і провідності. Можна, звичайно, використовувати матеріали з більш високою провідністю, наприклад, мідь, срібло або золото, але вони не дають достатньої міцності. Це дуже м’які, пластичні метали.

 

Здавалося б, сам по собі процес об’ємного друку може здаватися простим і швидким (тривалість процесу не перевищує одного-двох днів), але вимагає великих знань та досвіду у сфері розробки антенної й радіочастотної техніки, оскільки її якість критично залежить від внутрішнього устрою. «Якщо ви не знаєте, який з внутрішніх елементів радіочастотного пристрою є головним, а який другорядним, то вам, швидше за все, не вдасться отримати бажаний результат, просто роздрукувавши виріб в 3D принтері», – стверджує Холленбек.

 

Далі буде...

Повну версію матеріалу оприлюднено в журналі Defense Express №3 за 2019 рік.

 

PS: Додаткову інформацію про умови та порядок передплати журналу Defense Express можна знайти тут.

 

Публікація по темі: СТВОРИТИ МАЙБУТНЄ