¿Cómo está transformando la impresión 3D la industria de la defensa?

Un enorme 75% de los líderes de la industria cree que la impresión 3D se convertirá en un estándar dentro de la industria de defensa en los próximos 10 años, según un estudio de Defense IQ. Claramente, como en otras industrias, la impresión 3D se está defendiendo en los campos militar y de defensa. La fabricación aditiva tiene el potencial de transformar la industria de la defensa, proporcionando nuevas formas de imprimir piezas de repuesto en 3D bajo demanda, al tiempo que reduce los costos de producción y permite nuevas posibilidades de ingeniería de diseño.

A medida que continuamos explorando el impacto de la fabricación aditiva en varias industrias, hoy veremos cómo la industria de defensa ha adoptado la impresión 3D y las oportunidades que la tecnología brinda a los sectores militares. También describiremos los desafíos para una adopción más amplia de la tecnología, así como las aplicaciones futuras en el sector.

Uso de la fabricación aditiva en el ejército

La fabricación aditiva puede desbloquear un mar de oportunidades para la industria de la defensa, entre las que se incluyen la reducción de los costes de producción de herramientas y componentes, la flexibilidad de diseño adicional y la fabricación localizada. Al mismo tiempo, la fabricación aditiva puede mejorar considerablemente el mantenimiento de los sistemas militares mediante la producción de piezas de repuesto u obsoletas.

La industria de la defensa se encuentra entre los principales contribuyentes al desarrollo continuo de tecnologías y materiales AM. El presupuesto militar estadounidense propuesto para este año, por ejemplo, incluye una inversión de 13.200 millones de dólares en innovación tecnológica. Esto incluye soporte adicional para la fabricación aditiva dentro del Departamento de Defensa, un claro indicador del creciente interés en las capacidades de la impresión 3D para aplicaciones de defensa.

Beneficios clave de AM para la defensa

1. Desarrollo de productos más rápido

La fabricación aditiva acelera significativamente el proceso de diseño, ya que no requiere herramientas. Por el contrario, la fabricación tradicional puede tardar meses en producir las herramientas necesarias para crear piezas finales y prototipos. Por lo tanto, la industria de la defensa puede aprovechar la tecnología para evitar las costosas y laboriosas herramientas, reduciendo así el tiempo requerido para el desarrollo de productos.

2. Libertad de diseño

La industria de la defensa también puede capitalizar la capacidad de la impresión 3D para producir objetos optimizados de forma libre. Esto significa que el peso de una pieza se puede reducir significativamente mediante la fabricación aditiva, lo que ahorra costes de material y tiempo de producción. Aprovechando herramientas de diseño avanzadas, los ingenieros de diseño pueden reducir la cantidad de componentes en un ensamblaje a solo uno y, por lo tanto, simplificar enormemente el proceso de ensamblaje.

3. Equipo personalizado

La impresión 3D no solo permite una mayor libertad de diseño, sino que también ofrece la oportunidad de crear piezas personalizadas, diseñadas para funciones específicas. En lugar de transportar piezas y piezas para todas las configuraciones posibles, los soldados pueden utilizar sistemas de impresión 3D para fabricar piezas bajo demanda. Por ejemplo, los investigadores del Ejército de los EE. UU. Ahora pueden imprimir en 3D los fuselajes de aviones no tripulados personalizados adaptados a las necesidades específicas de una misión determinada. Por lo tanto, los diseños imprimibles en 3D personalizables son vitales para lograr mayores niveles de agilidad y flexibilidad dentro del ejército.

4. Producción localizada y bajo demanda

La coordinación de la logística y el transporte constituye una parte importante de cualquier presupuesto militar. Para una industria que gasta miles de millones de dólares solo en logística (se estimó que el Departamento de Defensa de EE. UU. DoD, por ejemplo, gastó $ 1.194 mil millones en operaciones de logística en 2017), puede resultar más rentable imprimir piezas personalizadas, herramientas y repuestos cerca del punto de uso:una solución que proporciona la fabricación aditiva.

Esto podría significar que los soldados en áreas remotas también pueden usar la impresión 3D para su ventaja. Esto ya se ha probado hasta cierto punto:en 2012, el ejército de EE. UU. Utilizó una instalación de fabricación aditiva en Afganistán para imprimir piezas de repuesto mucho más rápido que adquirirlas.

Aplicaciones de defensa para impresión 3D

Modelado, unidades de prueba y creación de prototipos

La fabricación aditiva es una solución ideal para crear prototipos y modelos de concepto rápido, y se usa ampliamente en la industria de defensa para producir prototipos rápidamente sin la necesidad de herramientas costosas. Los conceptos de diseño, así como las pruebas de validación, se pueden realizar mucho más rápido, acortando así el ciclo de desarrollo del producto.

Piezas de repuesto, herramientas y mantenimiento

Dado que el equipo militar se suele conservar y utilizar durante un período de muchos años, el la industria de defensa depende en gran medida de las piezas de repuesto y de repuesto. Durante años, la subcontratación ha sido la forma más común de adquirir estas piezas, con miles de piezas de repuesto y herramientas para equipos militares procedentes de empresas externas. Aquí, la fabricación aditiva se convierte en una opción viable, ya que facilita la producción rentable y relativamente rápida de piezas y herramientas bajo demanda. Muchos barcos de la Marina de los EE. UU. Tienen impresoras 3D a bordo que se utilizan como piezas de repuesto, lo que ayuda a mantener la flota envejecida sin tener que pedir una pieza de repuesto o regresar a un puerto.

Además, tecnologías como la deposición directa de energía (DED) y la fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM) ya se utilizan ampliamente para reparar equipos militares funcionales. Gracias a estas tecnologías, las superficies desgastadas de los álabes de las turbinas y otros equipos de alta gama se pueden restaurar y reparar. Dado que las piezas de repuesto pueden agotarse rápidamente, las técnicas de escaneo 3D se pueden utilizar para realizar ingeniería inversa en una pieza disponible, que luego se puede replicar fácilmente mediante la impresión 3D.

Componentes estructurales para sistemas de defensa

El primer caza con componentes impresos en 3D a bordo despegó en 2013 y, desde entonces, está claro que la fabricación aditiva puede tener un impacto significativo en la producción de piezas finales para equipos militares. Actualmente, la industria de defensa está investigando las capacidades de la fabricación aditiva directa de manera aún más extensa, ya que la tecnología puede ayudar a reducir los costos de producción mientras produce componentes livianos complejos en pequeños volúmenes. Las aplicaciones de la fabricación aditiva aquí varían, desde soportes complejos y pequeños drones de vigilancia, hasta componentes de motores a reacción y cascos de submarinos. Además de esto, las armas impresas en 3D, como los lanzagranadas, ya son una realidad, con misiles en desarrollo.

Desafíos

Garantía de calidad

Aunque los prototipos militares se pueden imprimir en 3D de forma rápida y económica, la implementación más amplia de la fabricación aditiva para la producción de piezas finales todavía enfrenta una serie de desafíos.

Una de las principales preocupaciones de la industria de la defensa es la garantía de calidad, ya que todas las piezas deben cumplir estrictos requisitos de rendimiento. Antes de que la fabricación aditiva pueda integrarse aún más en la producción de piezas finales, el ejército debe estar seguro de la repetibilidad y precisión del proceso de producción de AM. Actualmente, no existen estándares industriales completamente definidos para las piezas impresas en 3D en la industria de la defensa. Es fundamental establecer un conjunto completo de estándares para regir los procesos de impresión 3D y calificar las piezas impresas.

Sin embargo, el Departamento de Defensa de EE. UU. Ya ha desarrollado una hoja de ruta de fabricación aditiva, que está configurada para permitir una adopción aún mayor de la tecnología dentro del ejército. El software de automatización también será vital para garantizar que este proceso siga siendo transparente y repetible y proporcione una gestión integral de la producción.

Brecha de habilidades

Aunque la fabricación aditiva se ha utilizado en la industria de la defensa durante varios años, como en otras industrias, sigue habiendo una brecha en las habilidades de AM. Esta escasez de habilidades se interpone en el camino de liberar todo el potencial de la impresión 3D para uso militar. Será necesaria más capacitación en las particularidades de la producción de AM, diseño para AM, mantenimiento y gestión de la cadena de suministro para impulsar el uso más amplio de la fabricación aditiva dentro del ejército.

Seguridad digital

Si el ejército va a utilizar la fabricación aditiva para la producción localizada bajo demanda, será vital garantizar la seguridad de los archivos CAD digitales. Esto requerirá medidas de seguridad digital adicionales para garantizar que no se pueda acceder a los archivos de manera externa y que las cadenas de suministro digitales permanezcan seguras.

¿Qué sigue?

Dado que la impresión 3D tiene el potencial de cambiar fundamentalmente la forma en que se fabrican las piezas fabricado y entregado, esto puede tener enormes implicaciones para el futuro de la cadena de suministro militar. En lugar de que los contratistas de defensa suministren repuestos, componentes estructurales o armas, en el futuro solo podrían proporcionar modelos CAD digitales en 3D, creando una cadena de suministro digital. También podría haber menos inventarios de repuestos, reduciendo la necesidad de costosos gastos de almacenamiento. La fabricación bajo demanda también puede acercar la producción al campo de batalla o al lugar de necesidad. Aprovechar las instalaciones de impresión 3D localizadas puede acelerar la entrega de piezas y reducir los costos de logística.

La fabricación aditiva también puede desempeñar un papel clave en el sector médico militar al proporcionar implantes personalizados, prótesis y herramientas médicas en el campo. El ejército ya es un inversor importante en medicina regenerativa y bioimpresión con el objetivo de tratar lesiones en el campo de batalla.

La industria de la defensa también está investigando las posibilidades de las prendas impresas en 3D y la electrónica integrada. La fabricación aditiva podría permitir a la industria de defensa producir armaduras personalizadas más avanzadas y menos costosas con comunicaciones, sensores y sistemas de bio-monitoreo integrados para los soldados, proporcionando más flexibilidad y funcionalidad en el campo de batalla. Mediante el uso de tintas conductoras y de impresión 3D de inyección de tinta, los ingenieros militares podían imprimir sensores directamente en armas o ropa, lo que agrega más funcionalidad y reduce el tamaño y el peso de los sensores portátiles. En el futuro, los sensores podrían incluso imprimirse directamente sobre la piel. Los soldados podrían usarlos en el campo de batalla para capturar energía solar y cargar pequeños dispositivos electrónicos.

Para resumir

En un panorama militar cada vez más complejo, la impresión 3D tiene el potencial de satisfacer las necesidades de defensa clave. Las capacidades de fabricación rápidas, localizadas y flexibles que ofrece la fabricación aditiva la convierten en una tecnología ideal para una industria que depende de la rápida innovación y los avances tecnológicos. A largo plazo, la fabricación aditiva permitirá que los sistemas y equipos militares se fabriquen, reparen y mantengan de manera más eficiente y conducirán a un cambio sin precedentes en la logística y las cadenas de suministro militares.

Con una inversión considerable que se está realizando para desarrollar y certificar procesos y materiales de impresión 3D, el futuro de la impresión 3D para los ejércitos globales ciertamente parece brillante.