DANVILLE, Va. — Burada, kırsal Southside Virginia'da büyük ölçüde boş bir sanayi parkında cam cepheli yeni bir bina bulunuyor.

İçeride buhar, duman ve kurum yok. Kıvılcım uçmuyor. Sıcak metaller dökülmez. Çekicin örs üzerindeki yankılanan vuruşları yok.

Aksine, hepsi beyaz. Beyaz zeminler, beyaz duvarlar, küçük metal parçaları basıp bitirirken beyaz gürültü çıkaran beyaz makineler. Geleneksel bir fabrikanın seri üretimden çok farklı olduğu Denizaltı bileşenleri.

Ancak ABD Donanması yetkilileri, Eklemeli Üretim Mükemmeliyet Merkezi olan bu binanın denizaltı endüstrisinin geleceğini temsil ettiğini ve belki de hizmetin Columbia sınıfı balistik füze denizaltısı ve Virginia sınıfı saldırı denizaltısını zamanında inşa etmenin tek yolunu temsil ettiğini söylüyor.

Donanma, denizdeki gemilerdeki küçük onarım parçalarını basmak için, hizmetin konuşlandırıldığında erişmesi zor ve pahalı olabilecek devre kapakları ve radyo düğmeleri de dahil olmak üzere, katmanlı üretimden yararlandı. Ancak önümüzdeki yıl, ABD denizaltı sanayi üssünün iş yükü son 40 yılın en yüksek seviyesine çıkarken, Donanma yeni inşa edilen denizaltılara kurulum için standart bileşenler olarak metal parçaları 3 boyutlu olarak basacak.

Bugüne kadarki küçük ölçekli katmanlı üretim kullanımı ile teknolojiye olan yaygın bağımlılık arasındaki önemli boşluğu kapatmak amacıyla Donanma, metal katmanlı üretimi olgunlaştırmak için bir dizi faaliyet başlattı - ve Danville, Virginia bunun kalbinde yer alıyor. çaba.

Buradaki Eklemeli Üretim Mükemmeliyet Merkezi, şirketlerin metal katmanlı üretime başlamasına yardımcı olarak denizaltı parçalarına yönelik tedarik zincirini genişletmeyi amaçlıyor.

Bu teknolojinin işe yaraması için Donanma üzerinde baskı var. Zaten hizmet Genişletmek ve güçlendirmek için 2.3 milyar dolar harcadı denizaltı sanayi üssü ve milyarlarca dolar daha harcamaya hazırlanıyor; katmanlı imalat bu harcamaların beş odak alanından biri.

Donanma İcra Direktörü Matt Sermon, Donanma ve endüstriyel üssünün önümüzdeki on yıl boyunca her yıl bir Columbia ve iki Virginia sınıfı denizaltı inşa etme şansına sahip olması durumunda, "bu bir üretim kapasitesi zorunluluğudur" dedi. Program İcra Dairesi Stratejik Denizaltılar.

Uzmanlar, planın risksiz olmadığını söylüyor.

Ulusal Standartlar Enstitüsü'nün başkanı Kevin Jurrens, "İlerleme kaydediliyor, ancak hâlâ 'Bu parçayı bu malzemeyle yapın, ihtiyacınız olanı elde edeceksiniz' diyebileceğimiz bir düğme teknolojisi değil" dedi. ve Teknolojinin akıllı üretim konusundaki çalışmaları.

Mücadelenin derinlikleri

Donanma, 1980'lerden bu yana görülmeyen bir denizaltı inşa oranına ulaşmaya çalışıyor: Eş zamanlı olarak balistik füze denizaltı filosunu değiştiriyor ve bugün Donanmanın ihtiyaç duyduğu büyüklüğün yalnızca %75'i kadar olan bir saldırı denizaltı filosunu büyütüyor.

Ancak bu denizaltılara katkıda bulunan şirketlerin endüstriyel tabanı 70'lerden bu yana %1980'ten fazla küçülerek yaklaşık 17,000 tedarikçiden 5,000'e düştü. Ve iş yükündeki artış nispeten hızlı gerçekleşiyor.

2013 gibi yakın bir tarihte, Donanma her yıl bir Virginia denizaltısı inşa etmeye başlayacaktı. Donanma, denizaltıların karmaşıklığı göz önüne alındığında, 2026 mali yılından itibaren bu işin beş katını (her yıl iki Virginia ve çok daha büyük Columbia) gerçekleştirmeyi planlıyor.

Yılda iki Virginia denizaltısına yapılan sıçrama bile inşaat hattının kilometre taşlarını kaçırmasına neden oldu ve bugün bazı tekneler, COVID-19 salgını nedeniyle programın bir yıl veya daha fazla gerisinde kalıyor. İlgili lojistik ve iş gücü sorunları gecikmeleri daha da kötüleştirdi. Donanma artık 2028 mali yılına kadar zamanında teslimata dönmeyi bekliyor.

Ancak servis, yüksek öncelikli Columbia denizaltısının programın gerisinde kalamayacağını söylüyor.

Stratejik denizaltılar program icra memuru ve aynı zamanda genel denizaltı-endüstriyel üs programını da denetleyen Tuğamiral Scott Pappano, Donanmanın çetin bir savaşla karşı karşıya olduğunu söyledi. Her ne kadar tüm iş yükü beş katına çıkacak olsa da, bu aslında tedarik zincirinde zaten zayıf bir nokta olan döküm gibi bazı sektörler için on kat artışa neden olacak.

Döküm veya sıcak metalin kalıplara dökülmesi en zorlu alanlar arasında yer alıyor ve metal katmanlı imalatla desteklenebilecek bir alan.

Pappano, "Kısıtlı pazar sektörlerimizin nerede olduğunu biliyoruz" dedi.

Donanmanın denizaltı-endüstriyel üs programı yöneticisi Whitney Jones, dahili modellerin, sanayi denizaltı inşa hızının en yüksek noktasına ulaştığında bazı metal bileşenlere olan talebin 6.4 kata kadar artacağını gösterdiğini söyledi.

Bu metal parçaların yapımının arkasında endüstriyel temel zaten var: Bugün, ortalama 100 günden fazla geç teslim edilen, yani mevcut olmadıkları takdirde inşaatı ayakta tutacakları anlamına gelen 300'den fazla sözde kritik malzeme parçası var. 3D baskıya uygun hale getirildi.

Bu parçaları dökmek yerine basmak, her bir parçanın yapımının daha az zaman alacağı ve daha fazla şirketin bunları aynı anda üretmesine olanak tanıyacağı ve hem tedarikçi hem de tersane düzeyinde gecikmeleri azaltacağı veya ortadan kaldıracağı anlamına gelecektir.

Jones, metal katmanlı üretimin bu metal parçaların kapasitesini iki ila üç yıl içinde %15 ila %20 oranında artırabileceğini, aynı zamanda kaliteyi artırıp üretim süresini %90'a kadar kısaltabileceğini söyledi.

Plastik 3D baskıda olduğu gibi metal parçaların basılmasında da çeşitli yöntemler vardır. En yaygın ve olgun olanı, metal tozunu eritmek için bir lazer ışınını kullanır; bu, dijital bir modele dayalı olarak istenen şekli katman katman oluşturur.

Pappano, 3D baskının doğru yaklaşım olduğunu söyledi.

Geleneksel dökümler hakkında "Sıcak metali alıp kuma döküyorum" dedi. “Çok ortaçağa özgü.”

Ancak katmanlı üretim sayesinde şöyle açıkladı: "Kaynak havuzu sıcaklıklarını ve birikme oranlarını kontrol edebiliyorum. … Bu birikimi izleyebilirim, şeyin inşası sırasında tutarsızlıkları arayabilir ve daha sonra nihayetinde onun üzerinde tahribatsız testler veya kalitesini kanıtlamak için yıkıcı testler yapabilirim.

Parçalar nasıl yazdırılır

Donanma, mayıs ayında Ohio sınıfı balistik füze denizaltısı Kentucky'ye yeni bir havalandırma difüzörü yerleştirdi. Aksi takdirde dikkat çekmeyen bu parça (hava akışını yönlendiren metal bir havalandırma kapağı), bir denizaltıya monte edilecek ilk baskılı metal parçayı işaret ediyordu.

Yakın zamanda Donanma, Bangor, Washington'daki depo bakımında başka bir balistik füze denizaltısındaki sanitasyon sistemi valfi için 3D baskıya yöneldi. Orijinal üretici iflas etti ve benzer bir parçayı geleneksel tedarik sistemiyle elde etmek iki yıl alacaktı.

Donanma bunun yerine mevcut bir valfi aldı, lazerle taradı, bilgisayar destekli tasarım sisteminde parçanın tersine mühendisliğini yaptı, farklı yöntemler kullanarak prototipler bastı, bunları test etti ve ardından son parçayı son işleme ve kurulum için Washington'a geri gönderdi.

Parça, Mart 2025 teslimat tarihi yerine Ekim 2023 kurulumuna hazırdı.

Ancak yetkililer, Donanmanın bu tek seferlik çabaların ötesine geçmesi ve denizaltılara basılı parçalar tasarlamak, nitelendirmek ve monte etmek için çalışmalarını artırması gerektiğini söylüyor.

Sermon, Defense News'e, bazı tedarikçilerin teknolojiyi kullandığını gördükten sonra ofisinin katmanlı üretimi incelemeye başladığını söyledi. Ofis geçen yılı küçük ölçekli deneyler yürüterek geçirdi ve "[katkısal üretimin] metal şekillendirme imalat sanayii tabanımızda (döküm, dövme gibi) yalnızca %15[%] veya %20'lik bir artışı temsil edebileceğine değil, temsil etmesi gerektiğine de ikna oldu" , bağlantı parçaları, bağlantı elemanları.

Ofis şu anda denizaltı inşa etmek için gereken 15,000 ila 20,000 ayrı bileşene karşılık gelen altı spesifik metale odaklanıyor. Bu parça listesi, yeni inşaat ve hizmet içi sürdürülebilirliğe yönelik gecikmelere veya diğer zorluklara eğilimli bileşenlerin %75'ini içermektedir. Aslında bu metallerden üçü tek başına yeni denizaltı inşaatlarını etkileyen döküm gecikmelerinin %50'sinden sorumludur.

Newport News Shipbuilding, Danville'deki çabalardan ayrı olarak yakın zamanda, Virginia sınıfı saldırı alt Oklahoma'ya ve üretim hattındaki sonraki teknelere kurulum için bir bakır-nikel güverte drenajı tasarlamak ve basmak üzere katmanlı üretim uzmanı AMMCON Corp. ile işbirliği yaptığını duyurdu. basılı parçaların tedarik zincirine standart bir öğe olarak dahil edilmesinin başlangıcını temsil eder. Bakır-nikel, Donanmanın üzerinde çalıştığı önemli alaşımlardan biridir.

Donanma, valf, havalandırma difüzörü ve drenaj kapağı gibi bu düşük riskli parçaları alçakta asılı kalan meyveler olarak görüyor. Sermon, 20D baskı için planlanan parçaların yaklaşık %3'sinin düşük riskli olarak kabul edildiğini ve bugün üretime geçebileceğini belirtti.

Ancak Pappano, Donanmanın buna paralel olarak gövdenin bütünlüğü ile ilgili bileşenleri, nükleerle ilgili bileşenleri ve diğer kritik parçaları basabilmesi için teknolojiyi olgunlaştırması gerektiğini söyledi.

Talep üzerine yazdırma

Metal imalat üretimini bu kadar önemli ölçüde genişletmek için Donanma, iş yükünü yönetmek üzere bir baskı ortakları ağı ve dijital bir sipariş defteri oluşturmak amacıyla Virginia eyaleti ve Eklemeli Üretim Mükemmeliyet Merkezi'ndeki endüstri ortaklarıyla birlikte çalışıyor.

Ekip öncelikle bir parçayı yazdırmak için teknik veri paketlerini veya "tarifleri" oluşturur. Ekip üyeleri, en iyi parçaları oluşturan yazıcılar, işlemler ve metal alaşımların kombinasyonunu mükemmelleştirmek için prototipler oluşturur, test eder ve yok eder. Bu tür bir parça için en iyi baskı sürecini belirledikten sonra teknik veri paketini tamamlarlar ve Donanmadan sertifika almaya çalışırlar.

Bugüne kadar Donanma, çeşitli valfler, braketler, kollar, adaptörler ve daha fazlasını içeren 28 parça için reçeteleri onayladı.

Danville tesisi bu parçaları seri üretmeyecek. Bunun yerine, büyüyen bir inşaatçı ağına dağıtılacaklar.

Donanmanın Eklemeli Üretim Mükemmeliyet Merkezi'ni yöneten Austal USA Advanced Technologies'in genel müdürü Don Hairston, dört şirketin tesislerinin, makinelerinin ve çalışanlarının bu ağın bir parçası olmak üzere sertifikalandırılması için kapsamlı bir süreçten geçtiğini söyledi. Gelecek çeyrekte beş tane daha "etkinleştirilecek" veya ağa katılma sertifikası verilecek ve diğer üçünün de hazırlık aşamasında olduğu belirtiliyor.

Hairston, Defense News'e son olarak Donanmanın, yeni denizaltı inşaatı için metal parçalar basan 50 veya daha fazla tesisten oluşan bir ağ öngördüğünü söyledi. Birleşik Krallık ve Avustralya'da da katkıda bulunacak daha fazla kişi olabilir. üçlü AUKUS düzenlemesidiye ekledi.

Hairston, merkezin dijital sipariş defteri olarak adlandırdığı şeyin parça sipariş etme sürecini otomatikleştireceğini söyledi. Örneğin, Donanma 200 adet 3/8 inçlik küresel vana siparişi verdiğinde, Hairston'ın mükemmellik merkezindeki ekibi, ağdaki hangi satıcıların o vana tarifi için doğru baskı prosesine ve metale sahip olduğunu görebilecek. Ekip, nitelikli satıcılar arasında kimin iş için kapasiteye sahip olduğunu da görebilecek.

Hairston, dijital sipariş defterinin yapım aşamasında olduğunu ancak 2024 sonuna kadar hayata geçirilme yolunda olduğunu söyledi. O zamana kadar Donanmanın ağda 15 baskı ortağı ve onaylanmış teknik özelliklere sahip en az 150 ila 200 parça olması gerekiyor. veri paketlerine dikkat çekti.

Zamana karşı yarış

Donanmanın denizaltı-endüstriyel üs programı direktörü Jones'a göre, Donanmanın mümkün olan en kısa sürede bu parçaları toplu olarak basmaya başlaması gerekiyor.

“Yılda bir Columbia ve iki Virginia'da olma zorunluluğumuzdan iki yıl uzaktayız ve eğer bir düzeyde ortak risk üstlenen cesur hamleler yapmazsak, orada olmamız gerektiğinde oraya varamayacağız. ve bu tamamen farklı türde bir risk getiriyor” dedi.

Ancak teknik uzmanlar, özellikle denizaltı çalışmalarındaki yüksek standartlar göz önüne alındığında, teknolojinin tam olarak orada olmadığını savunuyor. NIST ofisi ileri üretim teknikleri için kalite güvence çabalarına rehberlik edecek standartlar geliştiren Jurrens, katmanlı üretim için kalifikasyon ve sertifikasyonun önemli engeller olmaya devam ettiğini söyledi.

Bugün, bir katmanlı üretim şirketinin malzemeyi, süreci, makineyi ve operatörü nitelendirmesi ve ardından son parçayı sertifikalandırması gerektiğini açıkladı. Yeni bir çalışanın yazıcıyı kullanması gibi herhangi bir değişiklik, yeterlilik sürecini yeniden başlatacaktır.

Jurrens, "Bu nitelikli adıma ulaşmak çok zaman alıcı ve yoğun emek gerektiriyor" dedi. "Simülasyon ve diğer teknikler yoluyla hızlandırılmış yeterlilikler yapmak için bu yetenekler gelişiyor ancak son kullanıcıların ve paydaşların bunlara güvenmek isteyeceği noktada değiller."

Son bölümün kalitesinin sağlanmasına ilişkin sorular da var.

Kâr amacı gütmeyen EWI araştırma ve geliştirme biriminde katmanlı imalat kıdemli teknoloji lideri Ron Aman, bir dökme metal parçadaki kusurları bulmak ve düzeltmek için onaylanmış süreçler olduğunu, ancak bunun basılı bir parçada nasıl yapılacağı konusunda hala endişe ve kafa karışıklığı olduğunu söyledi.

Büyüyen bir trend ve Donanmanın mükemmeliyet merkezinde kullandığı bir trend, baskı sürecini izlemek ve kusurları gerçek zamanlı olarak tespit etmek için kameralar, sensörler ve mikrofonlar kurmaktır.

“İki parça yapıp ardından [yıkıcı testlerde] birini kırıp sonra da şunu söylemek istemiyoruz: 'Ah, diğerinin iyi olduğunu düşünüyoruz.' Yapmak istediğimiz şey, bir parça oluşturmak, yaptığımız işi çok yakından izlemek ve bu güveni kazanmak ve ardından süreç sinyallerinden öğrendiklerimizi denetim kriterlerimizi bilgilendirmek için kullanmak istiyoruz" dedi Aman.

Bu, Carnegie Mellon Üniversitesi Üretim Vadeli İşlemler Enstitüsü'nün genel müdürü Sandra DeVincent Wolf'un üzerinde çalıştığı bir şey. Laboratuvarlarındaki makineler sensörlerle donatılmıştır: yüksek ve düşük hızlı kameralar, termal görüntüleme, erime havuzu görüntüleri, metal sıçraması görüntüleri, akustik izleme ve daha fazlası.

Bunların hepsinde kusur işaretleri bulunur ve duruma bağlı olarak yazdırma işlemi durabilir ve operatör yeniden başlayabilir veya kusur daha sonra inceleme ve onarım için not edilebilir.

Amacının, her öğenin sonunda test gerektirmediği bir noktaya ulaşmak olduğunu söyledi. Wolf, izleme sistemlerine olan güvenin artması nedeniyle belki de 10 kişiden yalnızca birinin kalite açısından teste tabi tutulabileceğini ve sonunda 100 kişiden birinin teste tabi tutulabileceğini ekledi.

Bir diğer önemli teknik engel ise Donanmanın kullanacağı yazıcı türleriyle ilgilidir. Mükemmeliyet merkezinin önde gelen ortaklarından biri olan Phillips Corp.'un küresel katkı çalışmalarından sorumlu kıdemli başkan yardımcısı John Harrison, en olgun ve güvenilir baskı süreçlerinden biri olan toz yatak füzyonunun yalnızca daha küçük parçalar üretebileceğini söyledi.

Tel arkla yönlendirilmiş enerji biriktirme, lazerle yönlendirilmiş enerji biriktirme ve sürtünme karıştırma katkı maddesi üretimi gibi diğer teknikler daha büyük parçalar üretebilir, ancak bu teknolojiler daha yenidir, bu da nihai ürünlerinin kalitesi hakkında daha az veri olduğu anlamına geldiğini söyledi.

PEO Stratejik Denizaltılar Vaazı, ofisinin, bir yıl önce bile basılmasının imkansız olduğu düşünülen çok büyük parçaları (gövdenin bütünlüğüyle ilgili kritik parçalar) basmak için bir "ay atımı" çabası üzerinde çalıştığını söyledi. Bu büyük baskılı parçaların test sonuçlarına dayanarak Donanma, büyük bileşenleri basmak için daha yeni yöntemler kullanıp kullanamayacağına karar verecek.

Sanayiyi devreye sokmak

Donanmanın metal üretim kapasitesini katmanlı üretim yoluyla genişletme planlarından hiçbiri, sanayi denizaltı sanayi üssü için baskıya başlamazsa işe yaramayacak.

Josh Cramer, Eğitim ve İşgücü Geliştirme Direktörü Savunma Bakanlığı'na bağlı kamu-özel ortaklığı America Makes, katmanlı imalat iş gücünde 50,000 kişilik bir eksiklik olduğunu ve bu işçilere olan talebin önümüzdeki yıllarda artacağını söyledi.

"Sektöre genel olarak daha fazla insan getirmeliyiz çünkü bu rollere girmek için eğitilecek yeterli insanımız bile yok" dedi.

America Makes, potansiyel çalışanların yalnızca katmanlı imalat sektöründeki mevcut işler hakkında değil, aynı zamanda her iş için gereken eğitim ve öğretim ve bu işlerin nereden alınabileceği konusunda da bilinçlendirilmesini sağlamak için bir sosyal yardım kampanyası üzerinde çalışıyor.

Zaten en tanınmış gemi yapımcılarından bazıları katmanlı üretime geçiyor.

General Dynamics Elektrikli Tekne sözcüsü Daniel McFadden, tersanenin "denizaltı sanayi üssüne giren yeni uzman katmanlı üretim tedarikçilerini işe almak ve ürün grubu için anlamlı olan yerlerde mevcut tedarikçilerle [katkı maddesi] yeteneği geliştirmek" için çalıştığını söyledi.

Firma, tedarik zincirinde baskılı parçalara yönelebilmesi için 3D baskıya yönelik onaylanmış prosedürlerin ve testlerin tanımlanmasına yönelik süregelen çabaya katkıda bulunmak istiyor; "özellikle kıtlığın ve uzun teslim sürelerinin üretimi sınırlayıcı bir faktör olduğu yüksek öneme sahip parçalar için" .”

America Makes'in genel müdürü John Wilczynski, kuruluşun aynı zamanda 3D baskı ekosistemini genişletmeye çalıştığını söyledi. Wilczynski, yazıcılara ve personel eğitimine ya da yeni çalışanlara yatırım yapmanın bir ön maliyeti olsa da, önümüzdeki yıllarda denizaltı inşaatı iş yükünün büyüklüğünün, yatırımlarının geri dönüşünü alıp almayacaklarını merak eden şirketler için açık bir talep sinyali oluşturduğunu söyledi. .

Virginia ve Columbia sınıfı denizaltı üretim oranlarına atıfta bulunarak, "Şu anda iki artı bir söyleminden kaçınamazsınız" dedi. “Bunun büyük bir ulusal savunma riski olduğu herkesin gözleri önünde. Bunda bir güç var çünkü işlerini nereye taşıyacaklarına karar vermeye çalışan insanlar için bu daha görünür hale geliyor."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.defensenews.com/industry/techwatch/2023/11/06/manufacturing-woes-could-sink-us-sub-fleet-can-3d-printing-save-it/