バージニア州アーリントン — HII のニューポート ニューズ造船所の空母建造チームは、2022 年 XNUMX 月の重要な期限に直面しました。

チームは、数百トンの重さの将来のエンタープライズのキールのブロックを乾ドックに移動することに専念していました。

造船所は、スーパーリフトとして知られるこれらの部品を装備します。 桟橋の最終組み立てプラットフォームで、これらの巨大なレゴブロックに配管と配線を取り付け、乾ドックの所定の位置にクレーンで持ち上げます。

しかし、単一のコンポーネントがこの複雑な活動を台無しにする恐れがあると、エンタープライズのバイスプレジデントであり姉妹船のドリス・ミラーであるブライアン・フィールズは最近記者団に語った。

2021 年 XNUMX 月、チームは XNUMX つの鋳造金属部品 (重要ではあるがデリケートなコンポーネント) が XNUMX 月下旬または XNUMX 月上旬まで入手できないことを知りました。

「その巨大なスーパーリフトを乾ドックに入れる必要がありました」と彼は言いました。 「これは XNUMX つの部品であり、最終組み立てプラットフォームに取り付ける必要がありました。」

それを待って後でインストールすることは、「非常にリスクが高く、コストに大きな影響を与えていただろう」とフィールズ氏は付け加えた.

スケジュールの遅れと追加費用のどちらかを選択する代わりに、造船所と海軍は協力して部品の設計、認定、3D プリントをわずか XNUMX か月で行い、XNUMX 月のスーパーリフトの締め切りに間に合いました。

状況は異常ではあったが、海軍とそのサプライヤーは、時代遅れの鋳造手順ではなく、いつの日かそれがデフォルトになることを望んでいる.

海軍の高官は、特に潜水艦の産業基地、空母と水上艦の産業基地における課題を繰り返し指摘してきました。 サービスは生産率を上げたいと考えていますが、サプライヤーの数は減少しています。

たとえば、バージニア級攻撃型潜水艦の場合、政府が調達率を年間 XNUMX 隻から XNUMX 隻に引き上げていない唯一の理由は、産業基盤への懸念です。

海底産業基地の問題を監督する戦略潜水艦プログラム事務局のエグゼクティブ ディレクターであるマット サーモン氏は、海軍はアディティブ マニュファクチャリングを目新しさとして追及しているのではなく、むしろ「必要があるからやっている」と語った。

それは、潜水艦の建造と修理を予定どおりに進めるための「道」である、と彼は付け加えた。

長年の生産課題

Sermon 氏は 30 月 XNUMX 日のアメリカ海軍技術者会議で、重金属部品の必要な容量に追いつくために産業基盤が最も苦労していると語った。 これらには、鋳物、鍛造品、バルブ、継手、ファスナーが含まれます。

実際、海軍は 5,500 の部品を調べて、潜水艦と艦艇の新しい建造と保守の利用可能性についてスケジュール上の課題を提示したと彼は言いました。 70 つの材料が遅れた配達の XNUMX% を占めている、と彼は言いました。 アディティブ マニュファクチャリングにより、これらの部品をより多く建設および修理ヤードに、より迅速かつ確実に届けることができます。

これらの部品は、基本的な冶金が複雑で欠陥につながる可能性があるため、産業基盤にとって常に課題でした。 しかし、現在、これらのコンポーネントを製造している企業は、過去数十年に比べて少なく、その小規模な基盤は、増大する需要に追いつくのに苦労しています.

海軍は、2024 年 XNUMX 月までに大量に印刷して潜水艦に搭載できるように、これら XNUMX つの材料に関連する金属、印刷機、およびプロセスを今年成熟させる計画を策定した、と Sermon 氏は述べた。

Naval Sea Systems Command の司令官である Bill Galinis 中将は、12 月 XNUMX 日の Defense News に、NAVSEA はその戦争センターおよび海軍原子力推進プログラムと協力して、付加製造技術とプロセスに対する海軍の理解と快適さを向上させるために取り組んでいると語った。

「私たちが必要だと思うように、アディティブ マニュファクチャリングを拡張できるようになるまで、そのプロセスは完全に成熟していません」と彼は言いました。 「私たちは XNUMX 回限りの部品を作ることができます。率直に言って、原子炉のコンポーネントであっても、積層造形を使用してかなり複雑な部品をいくつか構築しましたが、それが拡張可能になるまでには至っていません。」

コロンビア級弾道ミサイル潜水艦の建造はすでに始まっていますが、産業基盤が現在の作業負荷にすでに苦しんでいるにもかかわらず、今後数年間は成長し続けるでしょう。 Galinis 氏は、鋳造や鍛造に代わる付加製造は、産業界がコロンビア プログラムをスケジュールどおりに維持し、バージニア クラスのプログラムを軌道に乗せるのに役立つと述べました。

「あなたができるようにしたいのは、大量で使用頻度の高い部品を特定することであり、それらをかなり定期的に印刷できる印刷機能を備えています。 その一部を行った民間産業の要素があります」と彼は言いました。 「現在の私たちの課題は、認証プロセスを迅速に通過し、それがどのようになるかを体系化し、アディティブ マニュファクチャリングを拡張できるようにすることです。」

それこそが、フィールズがニューポート ニューズでやろうとしていることです。

彼は、鋳物は造船所にとって特に厳しいものであり、時間通りに高品質で調達するのに苦労している鋳物部品の長いリストがあると語った.

フィールズ氏によると、会社は金属鋳造を行うことができますが、従業員が適切な形状に機械加工を開始すると、金属に欠陥があれば、溶接による修理または部品全体の再起動が必要になります。 これらの欠陥は早い段階で常に目に見えるとは限らないため、部品の再鋳造は、船の建造スケジュールにとって歓迎されない驚きになる可能性があります.

「私たちのサプライヤーはすべて、船のスケジュールをサポートするために鋳物を時間通りに入手するのに苦労しています」と彼は言いました. 「初回の品質は 3D プリント パーツの方がはるかに優れており、コストは大幅に削減されます。」

彼は例として JP-5 マニホールドを使用しました。 この部品は、ジェット燃料を空母の周りに移動させるのに役立ち、端に製造されたフランジが付いた鋳造金属部品が含まれています。

「それらを適切に作成するのは本当に難しいです。 私は今、キャストを待っている28個を持っています。キャストを正しく行うのが難しいため、水を注ぐたびにスプリンクラーに変わります. そして今、それらを溶接修理しています」とフィールズは言いました。 「これらの部品を船に取り付けるために時間とお金を費やした例は、3D プリントが実際に針を動かすことができるところです。」

サーモン氏は、プリンターの効率にもよるが、積層造形によって特定の金属片の生産時間を平均 80% 短縮できると述べた。

業界のイノベーション

HII は 2017 年にアディティブ マニュファクチャリングのスペシャリストである 3D Systems と契約を結びました 空母と潜水艦の建造と修理のための Newport News での潜在的な印刷の機会を探るのに役立ちます。

3D Systems の航空宇宙および防衛担当副社長である Mike Shepard 氏は、Defense News に対し、同社には独自の印刷ハブがありますが、目標は Newport News Shipbuilding の部品を印刷することではなく、最先端の印刷技術を統合するのを支援することであると語っています。そのプロセスに。

3D Systems の特定の銅ニッケル合金は、現在 XNUMX つの企業が協力している分野の XNUMX つです。 鋳造や鍛造などの従来の方法では、銅とニッケルの部品に欠陥が生じ、生産速度が低下する可能性があります。

3D Systems のダイレクト メタル プリンティング プロセスにより、「従来の鍛造品や鋳造品よりも優れた特性が得られます。 [印刷]アプローチでは、多孔性の問題はありません。 つまり、鋳造のコスト競争力があり、リードタイムがはるかに短いということです」と Shepard 氏は言います。

Shepard 氏は、3D Systems が Newport News の印刷を支援している部品の量は増加していると付け加えました。

Sermon と Naval Sea Systems Command の海洋工学部長である Doug Arnold 氏にとって、この種の業界コラボレーションは、新しい技術を産業能力のギャップに合わせるのに役立ちますが、海軍は厳格な工学基準が適用されるようにする必要があります。

サーモン氏は、航空界と学界はすでに特定の金属を使った付加製造に関する重要な研究に投資しており、その場合、海軍はかなり迅速に前進できると述べた。 しかし、銅ニッケルや一部の鋼合金など、海軍用途に特化した金属では、これらの材料を印刷に使用するとどうなるか、特に金属の疲労や腐食特性にどのように影響するかについて、さらに研究が必要です。

アーノルド氏によると、海軍とベンダーは 始めることができた これらの材料を使用して、これらの XNUMX 次および XNUMX 次の特性があまり関係のないコンポーネントを印刷します — 水にさらされておらず、腐食が大きな問題ではないコンポーネントには銅ニッケルを使用します — 低リスクのコンポーネントを印刷するレッスンを学び、研究者が付加製造でこれらの金属を使用することの詳細をよりよく理解するための時間を稼ぎます。

フィールズ氏は、追加の技術的要件のため、HII は潜水艦に搭載される部品に特に注意する必要があると述べました。

しかし、海軍とその業界パートナーは、今日の潜水艦生産率を継続または増加させたいのであれば、前進する道を見つける必要がある.

「ダム決壊のプレッシャーの XNUMX つは、最後に顧客が『これが必要だ』と叫ぶことです。 潜水艦の印刷部品を考えると、それは加速し始めていると思います」とフィールズ氏は述べています。

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• 情報源： https://www.defensenews.com/naval/2023/02/02/shipbuilding-industry-looks-to-3d-printing-to-accelerate-pace/