알링턴, 버지니아 — HII의 Newport News Shipbuilding의 항공모함 건조팀은 2022년 XNUMX월에 주요 마감일에 직면했습니다.

팀은 무게가 수백 톤에 달하는 미래의 Enterprise를 위해 용골 블록을 드라이 독으로 옮겨야 하는 곤경에 처했습니다.

조선소는 슈퍼 리프트로 알려진 이러한 부품을 갖추고 있습니다. 부두의 최종 조립 플랫폼에서 이 거대한 레고 블록에 배관과 배선을 설치한 다음 드라이 도크의 제자리에 크레인으로 들어 올립니다.

그러나 Enterprise 및 자매선인 Doris Miller의 부사장인 Brian Fields는 최근 기자들에게 단일 구성요소가 이 복잡한 활동을 중단시킬 것이라고 말했습니다.

2021년 XNUMX월에 팀은 XNUMX월 말이나 XNUMX월 초까지 Fields가 이름을 밝히기를 거부한 중요하지만 민감한 구성 요소인 주조 금속 부품 하나를 알게 되었습니다.

"저는 그 거대한 슈퍼 리프트를 드라이 도크에 넣어야 했습니다."라고 그는 말했습니다. "그것은 하나의 부품이었고 최종 조립 플랫폼에 설치해야 했습니다."

기다렸다가 나중에 설치하는 것은 "상당히 위험하고 큰 비용 영향을 미쳤을 것"이라고 Fields는 덧붙였습니다.

일정 지연이나 추가 비용 중 하나를 선택하는 대신 조선업체와 해군은 협력하여 단 3개월 만에 부품을 설계, 검증 및 XNUMXD 프린팅하여 XNUMX월 슈퍼 리프트 마감일을 맞추었습니다.

상황이 이례적이긴 했지만 해군과 그 공급업체들은 날짜가 지정된 캐스팅 절차 대신 언젠가는 이것이 기본값이 되기를 바라고 있습니다.

해군 고위 관계자들은 특히 잠수함 산업 기지와 항공모함 및 수상함 산업 기지의 문제를 반복해서 지적했습니다. 서비스가 생산 속도를 높이고 싶어도 공급업체의 수는 줄어들고 있습니다.

예를 들어 버지니아급 공격용 잠수함의 경우, 정부가 조달률을 연 XNUMX척에서 XNUMX척으로 늘리지 않는 유일한 이유는 산업 기반에 대한 우려 때문이다.

잠수함 산업 기반 문제를 감독하는 전략 잠수함 프로그램 집행 사무소의 전무이사인 Matt Sermon은 해군이 새로운 차원에서 적층 제조를 추구하는 것이 아니라 "해야 하기 때문에 이것을 하고 있는 것"이라고 말했습니다.

정시에 잠수함을 건조하고 수리할 수 있는 "경로"라고 그는 덧붙였습니다.

오랜 생산 과제

Sermon은 30월 XNUMX일 American Society of Naval Engineers 컨퍼런스에서 산업 기반이 중금속 부품 및 부품의 요구 용량을 따라잡기 위해 가장 고군분투하고 있다고 말했습니다. 여기에는 주물, 단조품, 밸브, 피팅 및 패스너가 포함됩니다.

실제로 그는 해군이 잠수함과 선박의 신규 건조 및 유지보수 가용성에 대한 일정 문제를 제시한 5,500개의 부품을 조사했다고 말했습니다. 70가지 자재가 배송 지연의 XNUMX%를 차지한다고 그는 말했습니다. 적층 제조는 이러한 부품을 건설 및 수리 야드에 더 빠르고 안정적으로 공급할 수 있습니다.

기본적인 야금이 복잡하고 결함을 유발할 수 있기 때문에 이러한 부품은 산업 기반에 항상 도전 과제였습니다. 그러나 오늘날 이러한 구성 요소를 만드는 회사는 과거 수십 년에 비해 적고 그 작은 기반은 증가하는 수요를 따라잡기 위해 고군분투하고 있습니다.

해군은 2024년 XNUMX월까지 XNUMX가지 재료와 관련된 금속, 인쇄 기계 및 프로세스를 성숙시키는 계획을 개발하여 XNUMX년 XNUMX월까지 대량으로 인쇄하여 잠수함에 장착할 수 있다고 Sermon은 말했습니다.

해군 시스템 사령부 사령관 Bill Galinis 중장은 12월 XNUMX일 Defense News에 NAVSEA가 전투 센터 및 해군 핵 추진 프로그램과 협력하여 적층 제조 기술 및 프로세스에 대한 해군의 이해와 편의를 향상시키고 있다고 밝혔습니다.

"필요하다고 생각하는 것처럼 적층 제조를 확장할 수 있는 지점까지 완전히 성숙된 프로세스가 없습니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 일회성 부품을 할 수 있으며 솔직히 원자로 구성 요소의 경우에도 적층 제조를 사용하여 상당히 복잡한 부품을 제작했지만 확장 가능한 지점에 도달하지 못했습니다."

컬럼비아급 탄도 미사일 잠수함 건조는 이미 시작되었지만 산업 기반이 이미 현재 작업량으로 어려움을 겪고 있음에도 불구하고 향후 몇 년 동안 계속 성장할 것입니다. Galinis는 주조 및 단조품의 대안으로서 적층 가공이 산업계가 컬럼비아 프로그램을 일정대로 유지하고 버지니아급 프로그램을 정상 궤도에 올려놓는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.

“당신이 할 수 있기를 바라는 것은 대용량, 고사용 부품을 식별하는 것이며, 이를 꽤 정기적으로 인쇄할 수 있는 인쇄 기능이 있습니다. 그 중 일부를 수행한 민간 산업의 요소가 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "지금 당장 우리의 과제는 인증 프로세스를 신속하게 통과하고 그것이 어떤 모습일지 코드화한 다음 적층 제조를 확장할 수 있는 것입니다."

이것이 바로 Fields가 Newport News에서 하려는 일입니다.

그는 주물이 마당에서 특히 힘들고 제 시간에 좋은 품질로 조달하기 위해 고군분투하고 있는 주물 금속 부품 목록이 많다고 말했습니다.

Fields는 회사가 금속 주조를 할 수 있지만 일단 직원들이 올바른 모양으로 기계 가공을 시작하면 금속에 결함이 있으면 용접을 통해 수리하거나 전체 부품을 다시 시작해야 한다고 말했습니다. 이러한 결함은 초기에 항상 눈에 띄는 것은 아니므로 부품을 다시 주조하는 것은 선박 건조 일정에 반갑지 않은 놀라움이 될 수 있습니다.

"우리의 모든 공급업체는 선박 일정을 지원하기 위해 정시에 주물을 확보하기 위해 고군분투하고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "첫 품질은 3D 프린팅 부품보다 훨씬 좋고 비용도 훨씬 적습니다."

그는 JP-5 매니폴드를 예로 사용했습니다. 이 조각은 항공모함 주위로 제트 연료를 이동시키는 데 도움이 되며 끝 부분에 가공된 플랜지가 있는 주조 금속 부품을 포함합니다.

“제대로 만들기가 정말 어렵습니다. 지금 28개가 캐스팅되기를 기다리고 있는데 물을 줄 때마다 스프링클러로 변합니다. 캐스팅이 제대로 되기 어렵기 때문입니다. 이제 용접 수리를 하고 있습니다.”라고 Fields는 말했습니다. "제 시간에 선박에 장착할 수 있도록 해당 부품을 나에게 가져오려고 노력하는 데 모든 시간과 돈을 들인 그 예는 3D 프린팅이 실제로 바늘을 움직일 수 있는 곳입니다."

Sermon은 적층 제조가 프린터의 효율성에 따라 특정 금속 조각의 생산 일정을 평균 80%까지 단축할 수 있다고 말했습니다.

산업 혁신

HII는 적층 제조 전문업체인 2017D Systems와 3년 계약을 체결했습니다. Newport News에서 항공모함 및 잠수함 건조 및 수리를 위한 잠재적인 인쇄 기회를 탐색하는 데 도움이 됩니다.

3D Systems의 항공 우주 및 방위 부문 부사장인 Mike Shepard는 회사가 자체 인쇄 허브를 보유하고 있지만 목표는 Newport News Shipbuilding의 부품을 인쇄하는 것이 아니라 회사가 첨단 인쇄 기술을 통합하도록 돕는 것이라고 Defense News에 말했습니다. 프로세스에.

3D Systems의 특정 구리-니켈 합금은 오늘날 두 회사 간의 협력 분야 중 하나입니다. 주조 및 단조와 같은 전통적인 방법은 구리-니켈 부품에 결함을 만들어 생산 속도를 늦출 수 있습니다.

3D Systems의 다이렉트 메탈 프린팅 공정을 통해 “우리는 기존의 단조품이나 주조품보다 더 나은 특성을 얻고 있습니다. [인쇄] 접근 방식에는 다공성 문제가 없습니다. 이는 우리가 캐스팅에 있어 비용 경쟁력이 있고 리드 타임이 훨씬 더 짧다는 것을 의미합니다.”라고 Shepard는 말했습니다.

Shepard는 3D Systems가 Newport News 인쇄에 도움이 되는 부품의 양이 증가하고 있지만 "우리는 전체 기회의 표면을 훑어보고 있을 뿐입니다."라고 덧붙였습니다.

Sermon 및 Naval Sea Systems Command의 해양 공학 책임자인 Doug Arnold에게 이러한 유형의 산업 협력은 새로운 기술을 산업 역량의 격차에 맞추는 데 도움이 되지만 해군은 엄격한 엔지니어링 표준이 적용되도록 해야 합니다.

Sermon은 항공 커뮤니티와 학계가 이미 특정 금속을 사용한 적층 가공에 대한 상당한 연구에 투자했으며 이러한 경우 해군은 상당히 빠르게 발전할 수 있다고 말했습니다. 그러나 구리-니켈 및 일부 강철 합금을 포함하여 특히 해군 응용 분야에 맞춰진 금속의 경우 이러한 재료가 인쇄에 사용될 때 어떤 일이 발생하는지, 특히 금속의 피로 및 부식 특성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 더 많은 연구가 필요합니다.

Arnold는 해군과 벤더가 시작할 수 있었다 물에 노출되지 않고 부식이 큰 문제가 되지 않는 구성 요소에 구리-니켈을 사용하는 등 XNUMX차 및 XNUMX차 속성이 관련성이 없는 구성 요소를 인쇄하는 데 이러한 재료를 사용하여 저위험 구성 요소 인쇄에 대한 교훈을 얻고 연구원들이 적층 제조에서 이러한 금속을 사용하는 세부 사항을 더 잘 이해할 수 있도록 시간을 벌 수 있습니다.

Fields는 추가된 기술 요구 사항으로 인해 HII가 잠수함에 들어가는 부품에 특히 주의해야 한다고 말했습니다.

그러나 그는 해군과 업계 파트너들이 오늘날의 잠수함 생산 속도를 계속하거나 증가시키려면 앞으로 나아갈 길을 찾아야 한다고 말했습니다.

“댐 파괴에 대한 압박 중 하나는 마지막에 고객이 '이게 필요해'라고 외치는 것입니다. 따라서 잠수함용 인쇄 부품을 고려할 때 속도가 빨라지고 있다고 Fields는 말했습니다.

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