Equipé pour les urgences - L'impression 3D dans l'armée

2. mai 2024

L'armée a rempli diverses fonctions depuis l'Antiquité. Bien sûr pour la guerre, tant en attaque qu'en défense, mais aussi comme aide d'urgence en cas de catastrophes naturelles et surtout comme moteur d'innovation - par exemple pour le précurseur d'Internet, l'ARPANET, sans lequel vous ne seriez pas aujourd'hui en mesure de lire cet article de blog sur votre ordinateur, ordinateur portable ou smartphone.

En Allemagne, cependant, l'armée se trouve dans une position relativement difficile. Pendant longtemps, elle a été négligée par les hommes politiques et, bien qu'elle soit généralement tenue en haute estime par de larges couches de la population, son travail traditionnel, c'est-à-dire les opérations militaires, est souvent considéré de manière très critique - même lorsqu'elle est déployée en tant que force de maintien de la paix.

D'un point de vue historique, cette attitude critique est plus que compréhensible. Les grands-parents et les parents ont pu parler directement à leurs petits-enfants et à leurs enfants des effets destructeurs d'une guerre mondiale, ce qui signifie que toute adoration, même potentielle, des structures militaires a été perçue négativement par la société dans son ensemble.

Cependant, cette attitude critique a atteint ses limites ces dernières années. L'évolution des circonstances mondiales, la complication des relations bilatérales et l'exacerbation de plusieurs conflits militaires ont provoqué un courant angoissant dans la société, qui a abouti à une grande question : pouvons-nous maintenir cette attitude critique et sauvegarder la paix en même temps ?

Il n'est ni possible ni mon ambition de répondre universellement à cette question. Mais c’est précisément cette question qui a conduit à ce qu’Olaf Scholz appelle un « tournant » dans les relations politiques avec les militaires dans toute l’Europe. La capacité militaire en Europe ne peut plus se produire simplement sur le papier, elle doit faire l'objet d'une reconstruction tangible.

Bien sûr, une telle reconstruction ne peut pas être accomplie en quelques mois, voire en quelques années. La montée en puissance des capacités de production endormies depuis des décennies, la construction et l'expansion d'usines militaires et le réarmement du personnel militaire nécessitent non seulement de l'argent et de la volonté politique, mais aussi beaucoup de temps - et c'est exactement là que la fabrication additive entre en jeu !

Dans cet article de blog, vous apprendrez comment l'impression 3D soutient l'armée, stimule le progrès technologique, accélère l'équipement militaire des soldats et désamorce les situations de crise. Je commencerai par les nombreuses applications de l'impression 3D dans l'armée, puis je passerai aux avantages de l'utilisation de la fabrication additive.

Du sol à la mer en passant par les airs

Le système militaire de la plupart des pays du monde est divisé en trois parties : l'armée, l'armée de l'air et la marine. Dans la plupart des situations, l’armée reste l’épine dorsale de toute opération militaire, mais depuis la Seconde Guerre mondiale au plus tard, le soutien aérien et naval est également devenu indispensable pour une défense optimale. Sans supériorité aérienne, les forces terrestres deviennent une cible facile pour l'appui aérien rapproché de l'ennemi, et sans domination navale, les débarquements côtiers ne peuvent être arrêtés, ce qui peut entraîner des conséquences catastrophiques, allant de difficultés logistiques à l'encerclement des forces terrestres.

L'impression 3D offre une variété d'applications pour tous ces piliers de la défense. Pour cet article de blog, je me concentre principalement sur les composants militaires déployables, car les prototypes imprimés en 3D dans l'armée sont désormais si polyvalents qu'ils dépassent le cadre de cet article de blog. Tout d'abord, examinons les possibilités de la fabrication additive pour le cœur de toute armée : l'armée.

Des équipements pour le front

Les premières tentatives de fabrication additive au sein de l'armée ont eu lieu au début des années 2010. Au cours de ces premiers essais, en particulier, les équipements d'infanterie, tels que les casques et les crosses de fusil, dont de grandes quantités sont nécessaires dans un court laps de temps dans certaines circonstances, ont été produits de manière additive.

Ces essais sont désormais beaucoup plus matures et vont bien au-delà des casques et des crosses de fusil. Des silencieux, des lentilles pour collimateurs et jumelles, des trépieds pour mitrailleuses, des pièces de gilets de protection, des corps de grenade et bien plus encore peuvent être produits et sont désormais produits par impression 3D.

La fabrication additive est désormais également utilisée pour les composants des véhicules terrestres militaires. Par exemple, l'armée américaine a imprimé des des supports de batterie pour son M998. HMMWV depuis un certain temps et a annoncé en 2023 son intention d'étendre l'utilisation de la fabrication additive à d'autres composants du M998.

Le laboratoire de recherche de l'armée travaille actuellement sur la fabrication additive d'une variété de composants de véhicules - des systèmes d'entraînement aux composants de tourelle. De plus, le programme Next-Gen Combat Vehicles (NGVC), lancé en 2017, travaille avec du titane imprimé en 3D pour créer des composants de véhicules militaires légers et durables. De plus amples informations sur l'utilisation de la fabrication additive par le laboratoire de recherche de l'armée peuvent être trouvées dans ce Fichier PDF.

Un autre projet très prometteur pour un véhicule de combat fabriqué de manière additive. parts est ce qu'on appelle le Projet "Jointless Hull" du Ground Vehicle System Center (GVSC) de l'armée américaine. En collaboration avec ASTRO America, une organisation à but non lucratif financée par le gouvernement américain, et des sous-traitants tels qu'Ingersoll Machine Tools, Siemens et plusieurs autres, la plus grande imprimante 3D métal au monde, avec un volume de production de plus de 200 000 litres, a été construite en 2021. Dans un avenir proche, elle sera également utilisée pour imprimer d'une seule pièce de très grands composants de véhicules de combat, tels que des carrosseries complètes.

Mais l'impression 3D joue également un rôle important dans l'armée à l'extérieur. du champ de bataille. Par exemple, les soldats blessés sur le champ de bataille ont souvent besoin de prothèses personnalisées, dont la fabrication peut prendre jusqu'à plusieurs mois à l'aide de méthodes conventionnelles, selon le type de blessure et la charge de travail. Grâce à l'impression 3D, en revanche, des prothèses personnalisées peuvent être produites en quelques heures - même directement à l'hôpital militaire lui-même en cas d'urgence.

Équipements pour la mer

La fabrication additive pour les navires militaires a pris un peu plus de temps que pour les autres branches de l'armée. Pendant longtemps, les forces exercées sur les navires militaires ont été un critère d'exclusion pour les composants imprimés en 3D, car la résistance requise n'était pas réalisable.

Le premier composant entièrement imprimé en 3D et prêt à l'emploi pour un navire a été produit en 2017 : le « WAAMpeller » de la société néerlandaise RAMLAB. Cette hélice de 1,3 mètre, qui ne pèse que 180 kg, a finalement effectué son voyage inaugural en 2018, qui s'est déroulé sans problème et a depuis été encore optimisée pour son utilisation.

Le premier composant imprimé en 3D a ensuite été utilisé sur un navire militaire fin 2018. Une buse de crépine de vidange provenant d'une imprimante 3D a été installée avec succès dans la conduite de vapeur du porte-avions USS Harry S. Truman et sert avec succès depuis.

Depuis 2019, l’US Navy concentre sa production additive sur les pièces détachées pour sous-marins notamment. Étant donné que les méthodes de fabrication traditionnelles ont des délais de livraison longs, ce qui signifie que les sous-marins peuvent ne pas être utilisables pendant une longue période, la vitesse élevée de la fabrication additive est idéale pour éviter les pannes d'urgence. Des coques de sous-marins complètes ont également déjà été imprimées, par exemple un SEAL Delivery Verhicle en 2017, mais celles-ci n'en sont encore qu'au stade de prototype.

En 2022, l'US Navy a également installé elle-même les premières imprimantes 3D sur les navires afin de pouvoir effectuer des travaux de réparation en haute mer sans avoir à stocker des tonnes de pièces de rechange sur le navire. Les imprimantes 3D sont d'abord devenues un équipement standard sur l'USS Essex, puis sur l'USS Bataan, tous deux navires d'assaut amphibies.

De telles imprimantes 3D sur les navires aident non seulement la marine elle-même, mais les forces terrestres amphibies ou les avions militaires en mission maritime bénéficient également de la production rapide de pièces de rechange sur les navires militaires. Les imprimantes 3D à bord des navires peuvent également être utiles à des fins de recherche : la marine allemande, par exemple, utilise des imprimantes 3D à cette fin depuis plusieurs années.

Équipements pour l'air

Les premiers composants imprimés en 3D d'un avion étaient déjà disponibles en 2013 - mais au départ uniquement dans les avions commerciaux. Les exigences pour les avions militaires étant encore plus strictes, le développement dans le secteur militaire a pris un peu plus de temps.

La première percée a été réalisée en 2015, lorsque le premier composant imprimé en 3D pour un moteur à réaction a été certifié par la FAA pour un usage commercial. Depuis lors, des constructeurs aéronautiques de haut rang tels qu'Airbus, Boeing et General Motors se disputent une expansion des composants imprimés en 3D pouvant être installés dans les avions.

Les premiers composants imprimés en 3D ont été utilisés dans les avions militaires en 2019. Au départ, il s'agissait uniquement de composants non critiques, comme un support de marchepied dans le cockpit du Lockheed Martin F-22 Raptor. Malgré la nature non critique de ces composants, ils ont constitué une nouvelle avancée dans la fabrication additive dans le domaine des avions militaires.

La dernière avancée a eu lieu lors du Oklahoma City Air Logistics Complex en 2020, où le premier composant fabriqué de manière additive a été produit et testé avec succès sur un moteur de l'US Air Force. Ce composant, qui a été utilisé pour la première fois sur le Boeing B-52 Stratofortress, a été la preuve pour l'US Air Force que l'impression 3D peut également répondre aux réglementations extrêmement strictes applicables aux composants critiques des avions militaires.

Depuis lors, l'impression 3D a progressivement ouvert de nouveaux domaines d'application aux avions militaires. Par exemple, les pièces de rechange du légendaire UH-60 Black Hawk sont désormais produites par fabrication additive. Comme cet hélicoptère est en service depuis plus de 40 ans, la production a été interrompue depuis plus d'une décennie, ce qui signifie que les pièces de rechange sont désormais très rares.

Selon l'ancien commandant général de l'US AMCOM (Army Aviation and Missle Command) Todd Royar, il fallait parfois plus de deux ans avant que les pièces de rechange nécessaires puissent être livrées. L'impression 3D a résolu et continue de résoudre ce problème en permettant de produire des pièces de rechange rapidement et facilement.

L'impression 3D est désormais également de plus en plus utilisée dans le domaine des drones (véhicules aériens sans pilote). Depuis 2021, les boîtiers de certains petits drones de combat ou de logistique sont entièrement fabriqués par fabrication additive, ce qui permet d'obtenir des composants particulièrement légers.

Enfin, il convient également de mentionner un tout nouveau projet de Boeing. Depuis fin 2023, Boeing travaille avec ASTRO America pour produire des composants de son hélicoptère de combat AH-64 grâce à la fabrication additive. Le premier objectif de cette collaboration est de tester dans un avenir proche un système de rotor principal entièrement imprimé en 3D et de le mettre en service dans un avenir plus lointain.

Les raisons de l'expansion de la fabrication additive

Nous avons maintenant vu certaines des applications de l'impression 3D dans l'armée, du moins celles pour lesquelles les informations sont accessibles au public. Celles-ci sont évidemment diverses – et le plus évident encore est l’expansion constante de la fabrication additive dans l’armée depuis le début des années 2010.

Straits Research estime la valeur de l'impression 3D sur le marché de l'aérospatiale et de la défense à 1,35 milliard de dollars en 2021 - et prévoit un taux de croissance annuel composé de 26,1 % jusqu'en 2030. La raison exacte pour laquelle cette énorme augmentation est attendue devrait être plus que évidente dans les avantages ci-dessous.

Production à la demande

La raison la plus importante est clairement la production rapide de composants à la demande. Qu'il s'agisse de pièces de rechange ou d'équipements autonomes, aucune des méthodes de fabrication traditionnelles ne peut égaler la flexibilité de production de la fabrication additive.

Cette flexibilité est bien sûr appréciée dans de nombreuses industries, mais il n'existe pratiquement aucune autre application où elle soit nécessaire de manière aussi urgente que dans l'armée. Les situations d’urgence et les théâtres de guerre sont de nombreuses choses, mais elles ne peuvent pas être planifiées. Grâce à l'impression 3D, cette imprévisibilité peut être mieux gérée, les pics de production peuvent être maîtrisés et la montée en puissance des capacités de production peut être facilitée.

Cependant, ce n'est pas seulement dans les halls de production et les usines que les composants peuvent être produits rapidement ; Les imprimantes 3D peuvent également être utilisées à proximité immédiate d’opérations de combat ou de situations d’urgence. Que ce soit dans un centre de commandement, un hôpital militaire, sur un navire ou même dans un avion, l'impression 3D permet à l'armée de littéralement mettre le mettre en pratique le terme « à la demande ».

La possibilité de produire des composants critiques en interne ou, dans le cas d'un prestataire de services, à proximité de la région ne doit plus être sous-estimée, surtout depuis la pandémie de COVID-19. Après tout, un seul composant manquant suffit à arrêter la production d'équipements essentiels - et si la production s'arrête dans des situations exceptionnelles et des urgences, il ne s'agit plus seulement de pertes de ventes, mais de vies humaines perdues.

De nombreux composants militaires sont également soumis au plus haut niveau de secret. En particulier dans le cas de prototypes d'équipements futurs, une fuite vers les troupes ennemies, par exemple, serait catastrophique - et plus il y a de parties impliquées dans la production, plus grande est la probabilité que des secrets deviennent publics. Par conséquent, l'utilisation d'une imprimante 3D interne ou d'un fournisseur de services complets qui gère tous les travaux de production et de post-traitement est idéale pour maintenir la sécurité des composants militaires.

Composants légers et complexes

Le poids joue un rôle essentiel dans les applications de mobilité en particulier. Moins un véhicule est lourd, moins il faut d'énergie pour le déplacer.

Mais les soldats bénéficient également d'un équipement plus léger. Le rapport sur la charge de combat des Marine Corps Combat Development Commands de 2003 fixe le poids maximum qu'un soldat doit porter afin de garantir des performances maximales à 33 % du poids corporel. Avec un poids corporel de 80 kg, un poids d'équipement de 26,4 kg serait donc le maximum absolu pour ne pas restreindre la flexibilité et la mobilité - mais de nos jours, les unités d'infanterie portent très souvent plus de 40 kilogrammes sur leurs épaules.

La fabrication additive permet de produire des composants légers sans sacrifier les performances mécaniques. Ceci est facilité d'une part par certains matériaux et d'autre part par la liberté de conception presque illimitée, qui permet de réaliser des composants très complexes.

En ce qui concerne les matériaux, les matériaux renforcés de fibres et divers types de résines sont particulièrement impressionnants. Les composites en fibre de carbone, par exemple, sont déjà largement utilisés comme substitut du métal, car ils offrent des propriétés mécaniques très similaires mais ont une densité bien inférieure, ce qui rend les pièces imprimées beaucoup plus légères. Les polymères hautes performances tels que le PEEK sont également idéaux à cet effet.

La liberté de conception profite particulièrement aux structures internes. Cela signifie que les composants peuvent être créés complètement ou partiellement creux et avec des structures internes complexes, par ex. en nid d'abeille ou en forme de canal, sans grand effort. En conséquence, le poids peut être considérablement réduit sans restreindre les performances mécaniques.

Individualisation maximale

Même si un grand nombre d'appareils militaires sont conçus pour une production de masse, les exemples classiques étant les projectiles ou certains fusils d'infanterie comme l'AK-47 ou le M16, un haut degré d'individualité est néanmoins requis pour certains composants militaires.

Les prothèses et l'importance de l'individualité et de la vitesse de production dans la fabrication de celles-ci ont déjà été évoquées. Mais même avec des équipements militaires tels que des casques, des masques à gaz, des instruments médicaux, des gilets pare-balles et bien d'autres, la personnalisation en fonction du porteur respectif peut faire la différence entre la vie et la mort.

Le degré de personnalisation joue également un rôle majeur dans les armes à feu hautement spécialisées, en particulier les fusils de sniper. La fabrication additive permet d'adapter directement au tireur des éléments tels que des viseurs, des poignées, des crosses de fusil ou des supports, ce qui peut augmenter considérablement la précision.

Enfin, bien sûr, il y a l'individualisation des composants pour les véhicules militaires de toutes sortes. Ces personnalisations peuvent être utilisées pour adapter les véhicules à certaines conditions, améliorer leur aérodynamisme et réduire leur poids, par exemple.

Prototypage Schnelles

Bien que j'aie largement exclu le prototypage de la liste des applications, il serait plus qu'inapproprié de ne pas mentionner l'énorme avantage que le prototypage rapide offre à l'armée.

Les cycles d'itération considérablement raccourcis et la facilité d'apporter des modifications au modèle numérique font de l'impression 3D l'outil de prototypage idéal pour les entreprises de défense et l'armée. Cela signifie que beaucoup plus de tests peuvent être effectués sur les composants respectifs, maximisant ainsi leur sécurité, leur fonctionnalité et leur durabilité.

Les domaines d'application sont innombrables et couvrent tous les domaines de l'armée. Des petites pièces telles que les attaches de casque et les déclencheurs aux composants grand format tels que les prototypes complets d'armes à feu et les pièces de véhicules - presque tous les composants possibles se prêtent au prototypage rapide.

Même dans des domaines tels que la robotique, le prototypage avec l'impression 3D offre d'énormes avantages. Les technologies futures peuvent être produites et testées à grande vitesse et les points faibles peuvent être facilement corrigés. L'influence de la fabrication additive aura donc un impact majeur sur l'avenir de l'armée et rendra le développement de nouveaux systèmes plus rapide que jamais.

Conclusion

Les militaires se sont très tôt intéressés à l'impression 3D. Les avantages potentiels de l'impression 3D, même à ses débuts, ne devaient pas manquer aux militaires du monde entier.

Néanmoins, il a fallu un certain temps avant que des résultats tangibles puissent être constatés. Les réglementations strictes en matière de sécurité et de durabilité ont posé des défis majeurs, même pour la technologie prometteuse de la fabrication additive.

Cependant, l'expansion massive de la sélection de matériaux et les progrès techniques rapides de l'impression 3D, en particulier à la fin des années 2000, ont éliminé ces défis coup par coup - et il est désormais impossible d'imaginer tous les domaines de l'armée sans fabrication additive.

Cela est particulièrement évident dans le Stratégie de fabrication additive. Ce document de stratégie discute de l'impact futur et des améliorations de la fabrication additive dans l'armée et décrit les objectifs clés de cette stratégie.

Ces objectifs peuvent être résumés en cinq points principaux :

- Intégration de la fabrication additive dans la production

- Coordination des activités liées à la fabrication additive

- Promotion de la technologie liée à la fabrication additive

- Élargissement des connaissances sur la fabrication additive

- Assurer un flux de travail idéal avec la fabrication additive.

À PartsToGo, nous travaillons exactement sur les mêmes objectifs chaque jour et par conséquent, en tant que fournisseur de services d'impression 3D avec un excellent service et une expertise exceptionnelle, nous permettons la mise en œuvre sans effort de projets et d'idées grâce à la fabrication additive pour les entreprises de défense.

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Notre solution idéale pour le militaire

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Une variété de matériaux et d'imprimantes sont disponibles pour produire des composants pour l'armée, en fonction de l'application. Cependant, le FDM Nylon 12CF associé au Fortus® 450mc de Stratasys® constitue une combinaison fantastique et polyvalente.

Le FDM Nylon 12CF combine le PA12 avec des fibres de carbone coupées, qui augmentent la résistance et la rigidité du matériau de la matrice sans affecter la densité. Le rapport résistance/poids exceptionnel qui en résulte fait des composants fabriqués à partir de ce matériau un remplacement idéal pour les pièces métalliques lourdes et coûteuses.

Le matériau peut être utilisé à la fois pour les composants finaux et le prototypage. Qu'il s'agisse d'outils, de modèles fonctionnels et de conception, de composants de véhicules ou d'équipements d'infanterie, le FDM Nylon 12CF brille dans tous les domaines.

Le F900™ est l'outil idéal pour traiter ce matériau. Elle se distingue par sa fiabilité, sa cohérence et sa reproductibilité exceptionnelles, qui améliorent le taux de réussite des impressions. De plus, cette imprimante produit des pièces quasi isotropes et dispose d'une très large gamme de matériaux, dont plusieurs composites.

Et cela nous amène à la fin de cet article de blog. Merci beaucoup pour votre attention - et à bientôt dans le prochain article de blog !

Par: Marco Lepple Responsable du contenu marketing

Publié le 02. May 2024