Wie verändert der 3D-Druck die Verteidigungsindustrie?

Laut einer Studie von Defence IQ glauben satte 75 % der Branchenführer, dass der 3D-Druck innerhalb der nächsten 10 Jahre zum Standard in der Verteidigungsindustrie werden wird. Wie in anderen Branchen setzt sich der 3D-Druck eindeutig auch im Verteidigungs- und Militärbereich durch. Die additive Fertigung hat das Potenzial, die Verteidigungsindustrie zu verändern, indem sie neue Möglichkeiten für den 3D-Druck von Ersatzteilen nach Bedarf bietet, während sie gleichzeitig die Produktionskosten senkt und neue Konstruktionsmöglichkeiten ermöglicht.

Während wir weiterhin die Auswirkungen der additiven Fertigung auf verschiedene Branchen untersuchen, werfen wir heute einen Blick darauf, wie die Verteidigungsindustrie den 3D-Druck angenommen hat und welche Möglichkeiten diese Technologie für den Militärsektor bietet. Wir werden auch die Herausforderungen für eine breitere Akzeptanz der Technologie sowie zukünftige Anwendungen in der Branche skizzieren.

Einsatz der additiven Fertigung im Militär

Die additive Fertigung kann der Verteidigungsindustrie ein Meer von Möglichkeiten eröffnen, nicht zuletzt reduzierte Produktionskosten für Werkzeuge und Komponenten, zusätzliche Designflexibilität und lokalisierte Fertigung. Gleichzeitig kann die additive Fertigung die Wartung militärischer Systeme durch die Herstellung von Ersatz- oder veralteten Teilen erheblich verbessern.

Die Verteidigungsindustrie trägt maßgeblich zur Weiterentwicklung von AM-Technologien und -Materialien bei. Der für dieses Jahr vorgeschlagene US-Militärhaushalt sieht beispielsweise Investitionen in Höhe von 13,2 Milliarden US-Dollar in technologische Innovationen vor. Dazu gehört die zusätzliche Unterstützung der additiven Fertigung innerhalb des Verteidigungsministeriums, ein deutlicher Indikator für das wachsende Interesse an den Möglichkeiten des 3D-Drucks für Verteidigungsanwendungen.

Hauptvorteile von AM für die Verteidigung

1. Schnellere Produktentwicklung  

Die additive Fertigung beschleunigt den Konstruktionsprozess erheblich, da keine Werkzeuge erforderlich sind. Im Gegensatz dazu kann die traditionelle Fertigung Monate dauern, um die notwendigen Werkzeuge zur Herstellung von Endteilen und Prototypen herzustellen. Die Verteidigungsindustrie kann daher die Technologie nutzen, um kostspielige und zeitaufwändige Werkzeuge zu umgehen und so den Zeitaufwand für die Produktentwicklung zu reduzieren.

2. Gestaltungsfreiheit

Die Verteidigungsindustrie kann auch von der Fähigkeit des 3D-Drucks profitieren, optimierte Freiformobjekte zu produzieren. Dadurch kann das Gewicht eines Teils durch additive Fertigung deutlich reduziert werden, was Materialkosten und Produktionszeit spart. Mithilfe fortschrittlicher Konstruktionstools können Konstruktionsingenieure die Anzahl der Komponenten in einer Baugruppe auf nur eine reduzieren und so den Montageprozess erheblich vereinfachen.

3. Maßgeschneiderte Ausrüstung

3D-Druck ermöglicht nicht nur mehr Gestaltungsfreiheit, sondern bietet auch die Möglichkeit, kundenspezifische Teile zu erstellen, die auf bestimmte Funktionen zugeschnitten sind. Anstatt Teile und Teile für alle möglichen Konfigurationen zu transportieren, können Soldaten 3D-Drucksysteme verwenden, um Teile nach Bedarf herzustellen. Beispielsweise können Forscher der US-Armee jetzt maßgeschneiderte Drohnenflugzeuge in 3D drucken, die auf die spezifischen Bedürfnisse einer bestimmten Mission zugeschnitten sind. Anpassbare 3D-druckbare Designs sind daher unerlässlich, um beim Militär ein höheres Maß an Agilität und Flexibilität zu erreichen.

4. Lokalisierte Produktion und On-Demand-Produktion

Die Koordination von Logistik und Transport macht einen wesentlichen Teil jedes Militärbudgets aus. Für eine Branche, die allein für die Logistik Milliarden von Dollar ausgibt (das US-Verteidigungsministerium zum Beispiel gab 2017 schätzungsweise 1,194 Milliarden Dollar für Logistikoperationen aus), könnte es sich als kostengünstiger erweisen, kundenspezifische Teile zu drucken, Werkzeuge und Ersatzteile in der Nähe des Point of Use – eine Lösung, die die additive Fertigung bietet.

Dies könnte bedeuten, dass auch Soldaten in entlegenen Gebieten den 3D-Druck zu ihrem Vorteil nutzen können. Dies ist bereits teilweise erprobt:Bereits 2012 nutzte die US-Armee eine additive Fertigungsanlage in Afghanistan, um Ersatzteile deutlich schneller zu drucken als sie zu beschaffen.

Verteidigungsanwendungen für den 3D-Druck 

Modellierung, Testeinheiten und Prototyping

Die additive Fertigung ist eine ideale Lösung für die Erstellung von schnellen Konzeptmodellen und Prototypen und wird in der Verteidigungsindustrie häufig verwendet, um Prototypen schnell und ohne teure Werkzeuge herzustellen. Designkonzepte sowie Validierungstests können viel schneller durchgeführt werden, wodurch der Produktentwicklungszyklus verkürzt wird.

Ersatzteile, Werkzeuge und Wartung

Da militärische Ausrüstung in der Regel über einen Zeitraum von vielen Jahren aufbewahrt und verwendet wird, Die Verteidigungsindustrie ist stark auf Ersatz- und Ersatzteile angewiesen. Seit Jahren ist Outsourcing die gängigste Art, diese Teile zu beschaffen, wobei Tausende von Ersatzteilen und Werkzeugen für militärische Ausrüstung von externen Unternehmen bezogen werden. Hier bietet sich die additive Fertigung an, da sie die kostengünstige und relativ schnelle Herstellung von Teilen und Werkzeugen auf Abruf ermöglicht. Viele Schiffe der US Navy haben 3D-Drucker an Bord, die für Ersatzteile verwendet werden, um die alternde Flotte zu warten, ohne ein Ersatzteil bestellen oder in einen Hafen zurückkehren zu müssen.

Darüber hinaus sind Technologien wie Direct Energy Deposition (DED) und Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) bereits weit verbreitet, um funktionsfähige militärische Ausrüstung zu reparieren. Dank dieser Technologien können abgenutzte Oberflächen von Turbinenschaufeln und anderen High-End-Geräten restauriert und repariert werden. Da Ersatzteile schnell ausverkauft sein können, können 3D-Scantechniken verwendet werden, um ein verfügbares Teil zurückzuentwickeln, das dann einfach per 3D-Druck repliziert werden kann.

Strukturkomponenten für Verteidigungssysteme

Das erste Kampfflugzeug mit 3D-gedruckten Komponenten an Bord flog 2013 in die Luft, und seitdem ist klar, dass die additive Fertigung einen erheblichen Einfluss auf die Produktion von Endteilen für militärische Ausrüstung haben kann. Die Verteidigungsindustrie untersucht derzeit noch intensiver die Möglichkeiten der direkten additiven Fertigung, da die Technologie dazu beitragen kann, die Produktionskosten zu senken und gleichzeitig komplexe Leichtbaukomponenten in kleinen Stückzahlen herzustellen. Die Anwendungen der additiven Fertigung variieren hier von komplexen Halterungen und kleinen Überwachungsdrohnen bis hin zu Triebwerkskomponenten und U-Boot-Rümpfen. Darüber hinaus sind 3D-gedruckte Waffen wie Granatwerfer bereits Realität, Raketen in der Entwicklung.

Herausforderungen

Qualitätssicherung

Obwohl militärische Prototypen schnell und kostengünstig in 3D gedruckt werden können, steht die breitere Umsetzung der additiven Fertigung zur Herstellung von Endteilen noch vor einer Reihe von Herausforderungen.

Eines der Hauptanliegen der Rüstungsindustrie ist die Qualitätssicherung, da alle Teile strengen Leistungsanforderungen entsprechen müssen. Bevor die additive Fertigung weiter in die Produktion von Endteilen integriert werden kann, muss sich das Militär von der Wiederholbarkeit und Genauigkeit des AM-Produktionsprozesses überzeugen. Derzeit gibt es keine vollständig definierten Industriestandards für 3D-gedruckte Teile in der Verteidigungsindustrie. Es ist von entscheidender Bedeutung, einen umfassenden Satz von Standards festzulegen, um 3D-Druckprozesse zu regeln und gedruckte Teile zu qualifizieren.

Das US-Verteidigungsministerium hat jedoch bereits eine Roadmap für die additive Fertigung entwickelt, die eine noch größere Verbreitung der Technologie im Militär ermöglichen soll. Automatisierungssoftware wird auch entscheidend sein, um sicherzustellen, dass dieser Prozess transparent und wiederholbar bleibt und ein umfassendes Produktionsmanagement bietet.

Kompetenzlücke

Obwohl die additive Fertigung in der Verteidigungsindustrie wie in anderen Branchen seit einigen Jahren eingesetzt wird, besteht nach wie vor eine Lücke bei den AM-Kompetenzen. Dieser Fachkräftemangel steht der Erschließung des vollen Potenzials des 3D-Drucks für den militärischen Einsatz entgegen. Um den breiteren Einsatz der additiven Fertigung im Militär voranzutreiben, sind weitere Schulungen in den Besonderheiten der AM-Produktion, der Entwicklung für AM, der Wartung und des Lieferkettenmanagements erforderlich.

Digitale Sicherheit

Wenn das Militär die additive Fertigung für die lokale On-Demand-Produktion einsetzen soll, ist es entscheidend, die Sicherheit der digitalen CAD-Dateien zu gewährleisten. Dies erfordert zusätzliche digitale Sicherheitsmaßnahmen, um sicherzustellen, dass von außen nicht auf Dateien zugegriffen werden kann und digitale Lieferketten sicher bleiben.

Wie geht es weiter?

Da der 3D-Druck das Potenzial hat, die Art und Weise der Teile grundlegend zu verändern hergestellt und ausgeliefert, kann dies enorme Auswirkungen haben für die Zukunft der militärischen Lieferkette. Anstelle von Rüstungsunternehmen, die Ersatzteile, Strukturkomponenten oder Waffen liefern, könnten sie künftig nur noch digitale 3D-CAD-Modelle liefern und so eine digitale Lieferkette schaffen. Es könnten auch weniger Lagerbestände für Ersatzteile vorhanden sein, was den Bedarf an kostspieligen Lagerausgaben verringert. On-Demand-Fertigung kann auch die Produktion näher an das Schlachtfeld oder an den Ort des Bedarfs verlagern. Die Nutzung lokalisierter 3D-Druckeinrichtungen kann die Lieferung von Teilen beschleunigen und die Logistikkosten senken.

Die additive Fertigung kann auch im militärmedizinischen Sektor eine Schlüsselrolle spielen, indem sie maßgeschneiderte Implantate, Prothetik und medizinische Werkzeuge vor Ort bereitstellt. Das Militär ist bereits ein bedeutender Investor in regenerative Medizin und Bioprinting mit dem Ziel, Verletzungen auf dem Schlachtfeld zu behandeln.

Auch die Verteidigungsindustrie untersucht die Möglichkeiten von 3D-gedruckter Kleidung und eingebetteter Elektronik. Die additive Fertigung könnte es der Verteidigungsindustrie ermöglichen, kostengünstigere und fortschrittlichere, maßgeschneiderte Rüstungen mit integrierter Kommunikation, Sensoren und Bioüberwachungssystemen für Soldaten herzustellen, die mehr Flexibilität und Funktionalität auf dem Schlachtfeld bieten. Durch den Einsatz von 3D-Tintenstrahldruck und leitfähigen Tinten könnten Militäringenieure Sensoren direkt auf Waffen oder Kleidung drucken und so mehr Funktionalität hinzufügen und gleichzeitig die Größe und das Gewicht von tragbaren Sensoren reduzieren. Künftig könnten Sensoren sogar direkt auf die Haut gedruckt werden. Soldaten könnten diese auf dem Schlachtfeld verwenden, um Sonnenenergie einzufangen und kleine elektronische Geräte aufzuladen.

Zusammenfassend

In einer immer komplexer werdenden Militärlandschaft hat der 3D-Druck das Potenzial, wichtige Verteidigungsanforderungen zu erfüllen. Die schnellen, lokalisierten und flexiblen Fertigungsmöglichkeiten der additiven Fertigung machen sie zu einer idealen Technologie für eine Branche, die auf schnelle Innovation und technologischen Fortschritt angewiesen ist. Langfristig wird die additive Fertigung eine effizientere Herstellung, Reparatur und Wartung militärischer Systeme und Ausrüstung ermöglichen und zu einer beispiellosen Verschiebung der Logistik und der militärischen Lieferketten führen.

Angesichts der erheblichen Investitionen in die Entwicklung und Zertifizierung von 3D-Druckverfahren und -materialien sieht die Zukunft des 3D-Drucks für das globale Militär sicherlich rosig aus.