La Marina debe apostar por la fabricación aditiva, dice un funcionario

TECNOLOGÍAS EMERGENTES

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Los medios tradicionales para fabricar piezas de metal mediante fundición y forja han servido bien a la humanidad durante los últimos 2600 años, pero la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, es el futuro, al menos en lo que respecta a la Marina, un servicio de alto nivel. dijo el líder.

El servicio marítimo ha ocupado algunos titulares últimamente instalando impresoras 3D a bordo de los barcos, lo que permite a los marineros fabricar piezas perdidas o rotas en el lugar sin tener que esperar semanas o meses para que les entreguen los reemplazos.

Ese es un desarrollo positivo, dijo Matt Sermon, director ejecutivo de la oficina ejecutiva del programa de submarinos estratégicos.

Sin embargo, predijo que los fabricantes de barcos y sus proveedores tendrán que cambiar de los medios tradicionales de fabricación de piezas metálicas a estas técnicas de fabricación avanzadas. Es la única forma de resolver los problemas actuales y futuros de la cadena de suministro de la Marina, dijo.

"Creo sinceramente que la fabricación aditiva metálica es el camino hacia la capacidad que necesita para materiales críticos en la base industrial submarina. Y lo mismo se aplica a los barcos de superficie y sus sistemas, y también para el mantenimiento", dijo recientemente. en la conferencia anual de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Navales en Arlington, Virginia.

Para Sermon, quien se ha convertido en una voz líder en la Marina para revivir la capacidad de fabricación de la nación, la fabricación aditiva no es algo en una lista de deseos, sino una necesidad si el servicio va a entregar todos los barcos y submarinos que planea construir en el próximos años.

Existen problemas actuales en la cadena de suministro para piezas hechas de metales pesados ​​mediante fundición y forja. La Marina está trabajando con los proveedores para capacitar a los trabajadores y hacerlos más eficientes, pero eso no será suficiente en los próximos años, dijo Sermon.

Solo el sector submarino tiene como objetivo producir tres barcos por año, dos submarinos de clase Virginia y uno de clase Columbia. Luego están los programas de modernización y mantenimiento.

“Hay una guerra por el talento. En particular, me refiero a la fuerza laboral de manufactura”, dijo Sermon.

Entre la Armada, los principales constructores navales y sus aproximadamente 17.000 proveedores, habrá una escasez de unos 100.000 trabajadores en programas de submarinos durante la próxima década, estimó la Armada.

"Estamos en la lucha hoy, invirtiendo en esos sectores del mercado, trabajando con proveedores para ayudarlos en su lado de recursos humanos, su fuente de mano de obra, ese tipo de cosas", dijo Sermon. Pero cuando la Marina analiza sus futuras demandas de fabricación, no ve que tenga la capacidad necesaria, dijo.

En cuanto al nivel de preparación tecnológica para los nuevos sistemas necesarios para construir los submarinos, la Armada lo está haciendo bien. Pero cuando se trata de niveles de preparación para la fabricación, las perspectivas no son tan buenas, agregó.

La oficina ejecutiva del programa para submarinos estratégicos tiene una base de datos de alrededor de 5.500 partes que rastrea. La comunidad de barcos de superficie tiene un catálogo similar. Seis metales diferentes, que se negó a nombrar públicamente, representan la mayoría de esos artículos, muchos de ellos válvulas, accesorios y sujetadores.

La Marina está comenzando a adquirir impresoras 3D para estos metales pesados, dijo Sermon. Según sus estimaciones, la tecnología tiene el potencial de reducir radicalmente los tiempos de entrega de piezas nuevas.

"La reducción del ochenta por ciento en el cronograma para los componentes que necesitamos en los astilleros, para los componentes que necesitamos en las nuevas construcciones, no es poco realista", dijo. Las estimaciones para algunos componentes llegan al 95 por ciento, y otros en el rango del 50 o 60 por ciento, según el tipo de máquina, dijo. "Pero en general, el 80 por ciento no está descartado", agregó.

En octubre pasado, la Marina, y el contratista Austal USA, inauguraron el Centro de excelencia de fabricación aditiva en Danville, Virginia, que reunió todos los programas relacionados con el servicio bajo un mismo techo.

El consorcio que opera allí desarrollará recetas de piezas cualificadas que pasarán a la industria para la producción en serie, según un comunicado de Austal USA. También se centrará en explotar la fabricación avanzada para la producción distribuida, trabajar para atraer nuevos participantes a la base industrial submarina y, al mismo tiempo, apoyar a las fundiciones de fundición con tendencia al futuro que buscan adoptar los procesos para reforzar su volumen de producción.

El centro ya está atrayendo industria a la región.

En febrero, el fabricante de aditivos IperionX anunció que se asociaría con Carver Pump para imprimir componentes de bombas de titanio en 3D para la Armada. Su nueva instalación estará ubicada a unas 25 millas del centro de Danville de la Marina, según un comunicado de prensa de las compañías.

El titanio es apreciado por la Marina por su excepcional resistencia a la corrosión y se usa ampliamente en todas las principales aplicaciones de bombas, con componentes de titanio fabricados típicamente a través de métodos de fundición de titanio, según el comunicado.

Carver diseñará los componentes de la bomba de titanio, guiará a IperionX en la creación de prototipos y liderará la calificación de estos componentes para la Marina. IperionX proporcionará su impresora 3D patentada y polvos de titanio. Parte de la chatarra que reciclará provendrá de la Marina, señaló.

"[Estados Unidos] no tiene capacidad nacional para fabricar las grandes piezas de fundición de titanio necesarias para las bombas centrífugas de alto rendimiento", se lee en el comunicado.

Esto ha llevado a largos plazos de entrega para los nuevos componentes de la bomba provenientes de una cadena de suministro controlada en el extranjero que explota el metal de titanio de alto costo y alto contenido de carbono.

Sermon dijo que el Centro de excelencia de fabricación aditiva ordenó "varias" máquinas de impresión 3D y que la primera estaba programada para llegar a Danville en febrero. Las entregas continuarán durante todo el año.

El objetivo es tener impresoras 3D en funcionamiento para los seis metales más importantes para marzo de 2024 y producir cinco piezas fabricadas aditivamente que irán a los submarinos este año, dijo.

El centro también realizará una investigación académica fundamental que aún se necesita para algunas aleaciones de acero que aún no están listas para la impresión 3D, agregó.

“Es un objetivo agresivo, lo reconozco, pero para marzo de 2024 estaremos en la madurez de esos seis materiales y los pondremos en barcos y submarinos”, dijo.

Mientras tanto, Naval Sea Systems Command ha desarrollado procesos de fabricación aditiva para más de 500 piezas aprobadas utilizadas en barcos y submarinos.

Doug Arnold, director de la dirección de ingeniería marina en Naval Sea Systems Command, dijo que la mayoría de las impresoras a bordo de submarinos y barcos en el mar usan polímeros en lugar de metales.

Los marineros las han usado para imprimir de todo, desde manijas de puertas rotas hasta parches en tuberías.

Si bien un par de impresoras metálicas están en barcos de la Marina, todavía se está estudiando navegar con ellas a bordo, dijo.

"Es realmente el nivel de preparación de fabricación y la comprensión del nivel de riesgo que estamos dispuestos a aceptar para poder poner estos componentes metálicos de fabricación aditiva a bordo de un barco", dijo.

Y está la cuestión de certificar que las piezas fabricadas en 3D son fiables. Hay volúmenes de datos e información sobre piezas de metal forjado y fundido que se han utilizado durante décadas, pero la fabricación aditiva es relativamente nueva, añadió.

Otro problema es el desarrollo de los paquetes de datos técnicos, dijo.

"¿Cómo nos aseguramos de que los paquetes de datos técnicos sean correctos para asegurarnos de obtener los componentes correctos que son buenos para el barco, aptos para el propósito y luego poder tomar esos paquetes de datos y ponerlos a disposición de otras organizaciones? " dijo, reconociendo que algunos proveedores querrán mantener su propiedad intelectual.

Sermon dijo: "Tenemos que llevar nuestro famoso, nuestro increíble y sorprendente rigor técnico real a las nuevas tecnologías".

El contralmirante Jason Lloyd, ingeniero jefe y subcomandante de ingeniería y logística de sistemas marítimos navales, dijo que los beneficios potenciales de la impresión 3D de piezas metálicas a bordo de barcos en el mar "son simplemente enormes".

La primera impresora 3D de metal fue a bordo de un barco de la Armada el verano pasado y la segunda pronto irá a bordo de un barco anfibio.

"Hemos estado en el ciclo de asalto, normalización y desempeño. Hemos estado en el 'asalto' durante muchos años, y ahora estamos en el 'normado'", dijo.

Si los marineros necesitan una pieza, pueden comunicarse con el Centro de guerra de superficie naval Carderock en Maryland para ver si tienen el paquete de datos técnicos para la pieza en el archivo. Si no lo hacen, los ingenieros podrían desarrollar paquetes de datos y transmitirlos a la nave. Si el barco tiene la misma impresora 3D, los marineros pueden crear la pieza mientras navegan, dijo Lloyd.

Citó un incidente reciente en el que un barco en el mar con una impresora de polímero tenía una fuga crítica en la tubería y no había manera de arreglarla. Los marineros imprimieron un parche de polímero que funcionó perfectamente bien hasta que pudieron regresar a un puerto y hacer una reparación permanente.

"Tenemos marineros ingeniosos por ahí. Y si pones esta tecnología en sus manos, irán y correrán con ella", dijo Lloyd.

Arnold dijo que el siguiente paso es entrenar. Ha habido mucho tiempo, esfuerzo y financiación para que los Centros Navales de Guerra de Superficie se pongan al día con la tecnología de fabricación aditiva, pero poca capacitación en términos de los jóvenes ingenieros que sirven a bordo de los barcos.

Sermon dijo que el impulso para difundir la fabricación aditiva en la Marina tendrá que venir desde arriba.

La Marina no tuvo un competidor similar durante muchos años y no asumió riesgos. Pero ese ya no es el caso, dijo.

"Vamos a aprender lecciones. ¿Vamos a cometer errores? Absolutamente. Al igual que todos cometen errores al desarrollar tecnologías anteriores, ¿no? Pero lo haremos de la manera más segura posible con nuestro producto", dijo. .

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El culo inteligente en mí quiere decir algo como; si pueden imprimir en 3D el 80% de un motor de cohete, pueden imprimir en 3D un barco. Bueno, la mayoría de todos modos. ¡El "fabricante de cosas omnipresente" de Si-Fi está en camino!