Comment l'impression 3D transforme-t-elle l'industrie de la défense ?

Selon une étude de Defense IQ, 75 % des leaders de l'industrie pensent que l'impression 3D deviendra la norme dans l'industrie de la défense au cours des 10 prochaines années. Clairement, comme dans d'autres industries, l'impression 3D fait son affaire dans les domaines de la défense et de l'armée. La fabrication additive a le potentiel de transformer l'industrie de la défense, en offrant de nouvelles façons d'imprimer en 3D des pièces de rechange à la demande, tout en réduisant les coûts de production et en permettant de nouvelles possibilités d'ingénierie de conception.

Alors que nous continuons d'explorer l'impact de la fabrication additive sur diverses industries, nous examinerons aujourd'hui comment l'industrie de la défense a adopté l'impression 3D et les opportunités que la technologie offre aux secteurs militaires. Nous soulignerons également les défis d'une adoption plus large de la technologie, ainsi que les futures applications dans le secteur.

Utilisation de la fabrication additive dans l'armée

La fabrication additive peut ouvrir une mer d'opportunités pour l'industrie de la défense, notamment des coûts de production réduits pour les outils et les composants, une flexibilité de conception supplémentaire et une fabrication localisée. Dans le même temps, la fabrication additive peut considérablement améliorer la maintenance des systèmes militaires grâce à la production de pièces de rechange ou obsolètes.

L'industrie de la défense est l'un des principaux contributeurs au développement continu des technologies et des matériaux de FA. Le budget militaire américain proposé pour cette année, par exemple, comprend un investissement de 13,2 milliards de dollars dans l'innovation technologique. Cela inclut une prise en charge supplémentaire de la fabrication additive au sein du ministère de la Défense, un indicateur clair de l'intérêt croissant pour les capacités de l'impression 3D pour les applications de défense.

Principaux avantages de la FA pour la défense

1. Développement de produits plus rapide

La fabrication additive accélère considérablement le processus de conception, car elle ne nécessite aucun outillage. En revanche, la fabrication traditionnelle peut prendre des mois pour produire les outils nécessaires à la création de pièces finales et de prototypes. L'industrie de la défense peut donc tirer parti de la technologie pour contourner un outillage coûteux et chronophage, réduisant ainsi le temps requis pour le développement de produits.

2. Liberté de conception

L'industrie de la défense peut également capitaliser sur la capacité de l'impression 3D à produire des objets de forme libre et optimisés. Cela signifie que le poids d'une pièce peut être considérablement réduit grâce à la fabrication additive, ce qui permet de réduire les coûts de matériaux et le temps de production. En s'appuyant sur des outils de conception avancés, les ingénieurs de conception peuvent réduire le nombre de composants d'un assemblage à un seul et ainsi simplifier considérablement le processus d'assemblage.

3. Équipement sur mesure

Non seulement l'impression 3D permet une plus grande liberté de conception, mais elle offre également la opportunité de créer des pièces personnalisées, adaptées à des fonctions spécifiques. Plutôt que de transporter des pièces et des pièces pour toutes les configurations possibles, les soldats peuvent utiliser des systèmes d'impression 3D pour fabriquer des pièces à la demande. Par exemple, les chercheurs de l'armée américaine peuvent désormais imprimer en 3D des cellules de drones personnalisées adaptées aux besoins spécifiques d'une mission donnée. Les conceptions imprimables en 3D personnalisables sont donc essentielles pour atteindre des niveaux plus élevés d'agilité et de flexibilité au sein de l'armée.

4. Production localisée et à la demande

La coordination de la logistique et du transport représente une part importante de tout budget militaire. Pour une industrie qui dépense des milliards de dollars uniquement pour la logistique (le département américain de la Défense DoD, par exemple, aurait dépensé 1,194 milliard de dollars en opérations logistiques en 2017), il peut s'avérer plus rentable d'imprimer des pièces personnalisées, outils et pièces de rechange à proximité du point d'utilisation - une solution fournie par la fabrication additive.

Cela pourrait signifier que les soldats dans les zones reculées peuvent également utiliser l'impression 3D à leur avantage. Cela a déjà été testé dans une certaine mesure :en 2012, l'armée américaine a utilisé une usine de fabrication additive en Afghanistan pour imprimer des pièces de rechange beaucoup plus rapidement que de se les procurer.

Applications de défense pour l'impression 3D 

Modélisation, unités de test et prototypage

La fabrication additive est une solution idéale pour créer des modèles de concept et des prototypes rapides, et elle est largement utilisée dans l'industrie de la défense pour produire rapidement des prototypes sans avoir besoin d'un outillage coûteux. Les concepts de conception, ainsi que les tests de validation, peuvent être réalisés beaucoup plus rapidement, raccourcissant ainsi le cycle de développement du produit.

Pièces de rechange, outillage et maintenance

Comme l'équipement militaire est généralement conservé et utilisé pendant de nombreuses années, le L'industrie de la défense dépend fortement des pièces de rechange et de remplacement. Pendant des années, l'externalisation a été le moyen le plus courant d'acheter ces pièces, avec des milliers de pièces de rechange et d'outils pour l'équipement militaire provenant de sociétés externes. Ici, la fabrication additive devient une option viable, car elle facilite la production rentable et relativement rapide de pièces et d'outils à la demande. De nombreux navires de l'US Navy ont à bord des imprimantes 3D qui sont utilisées pour les pièces de rechange, ce qui permet de maintenir la flotte vieillissante sans avoir à commander une pièce de rechange ou à retourner dans un port.

De plus, des technologies telles que le dépôt direct d'énergie (DED) et la fabrication additive à l'arc filaire (WAAM) sont déjà largement utilisées pour réparer les équipements militaires fonctionnels. Grâce à ces technologies, les surfaces usées des aubes de turbine et autres équipements haut de gamme peuvent être restaurées et réparées. Comme les pièces de rechange peuvent rapidement s'épuiser, les techniques de numérisation 3D peuvent être utilisées pour désosser une pièce disponible, qui peut ensuite être facilement reproduite via l'impression 3D.

Composants structurels pour systèmes de défense

Le premier chasseur avec des composants imprimés en 3D à bord a pris son envol en 2013, et depuis lors, il est clair que la fabrication additive peut avoir un impact significatif dans la production de pièces d'extrémité pour équipements militaires. L'industrie de la défense étudie actuellement les capacités de la fabrication additive directe de manière encore plus approfondie, car la technologie peut aider à réduire les coûts de production tout en produisant des composants légers complexes en petits volumes. Les applications de la fabrication additive varient ici, des supports complexes et des petits drones de surveillance, aux composants de moteurs à réaction et aux coques de sous-marins. En plus de cela, les armes imprimées en 3D comme les lance-grenades sont déjà une réalité, avec des missiles en cours de développement.

Défis

Assurance qualité

Bien que les prototypes militaires puissent être imprimés en 3D rapidement et à moindre coût, la mise en œuvre plus large de la fabrication additive pour la production de pièces finales fait toujours face à un certain nombre de défis.

L'assurance qualité est l'une des principales préoccupations de l'industrie de la défense, car toutes les pièces doivent respecter des exigences de performance strictes. Avant que la fabrication additive puisse être davantage intégrée dans la production de pièces finales, l'armée doit être assurée de la répétabilité et de la précision du processus de production AM. Actuellement, il n'existe pas de normes industrielles entièrement définies pour les pièces imprimées en 3D dans l'industrie de la défense. Il est crucial d'établir un ensemble complet de normes pour régir les processus d'impression 3D et qualifier les pièces imprimées.

Cependant, le département américain de la Défense a déjà élaboré une feuille de route pour la fabrication additive, qui devrait permettre une adoption encore plus large de la technologie au sein de l'armée. Un logiciel d'automatisation sera également essentiel pour garantir que ce processus reste transparent et reproductible et fournira une gestion complète de la production.

Déficit de compétences

Bien que la fabrication additive soit utilisée dans l'industrie de la défense depuis un certain nombre d'années, comme dans d'autres industries, il subsiste un manque de compétences en matière d'AM. Cette pénurie de compétences empêche de libérer tout le potentiel de l'impression 3D à usage militaire. Une formation supplémentaire sur les particularités de la production FA, la conception pour la FA, la maintenance et la gestion de la chaîne d'approvisionnement seront nécessaires pour faire avancer l'utilisation plus large de la fabrication additive au sein de l'armée.

Sécurité numérique

Si l'armée doit utiliser la fabrication additive pour une production localisée à la demande, il sera vital d'assurer la sécurité des fichiers CAO numériques. Cela nécessitera des mesures de sécurité numérique supplémentaires pour garantir que les fichiers ne sont pas accessibles de l'extérieur et que les chaînes d'approvisionnement numériques restent sécurisées.

Quelle est la prochaine étape ?

Comme l'impression 3D a le potentiel de changer fondamentalement la façon dont les pièces sont fabriqué et livré, cela peut avoir d'énormes implications pour l'avenir de la chaîne d'approvisionnement militaire. Au lieu que les sous-traitants de la défense fournissent des pièces de rechange, des composants structurels ou des armes, ils pourraient, à l'avenir, ne fournir que des modèles CAO 3D numériques, créant ainsi une chaîne d'approvisionnement numérique. Il pourrait également y avoir moins de stocks de pièces de rechange, ce qui réduirait le besoin de dépenses d'entrepôt coûteuses. La fabrication à la demande peut également rapprocher la production du champ de bataille ou du lieu de besoin. L'utilisation d'installations d'impression 3D localisées peut accélérer la livraison des pièces et réduire les coûts logistiques.

La fabrication additive peut également jouer un rôle clé dans le secteur médical militaire en fournissant des implants, des prothèses et des outils médicaux personnalisés sur le terrain. L'armée est déjà un investisseur important dans la médecine régénérative et la bio-impression dans le but de traiter les blessures sur les champs de bataille.

L'industrie de la défense étudie également les possibilités des vêtements imprimés en 3D et de l'électronique embarquée. La fabrication additive pourrait permettre à l'industrie de la défense de produire une armure personnalisée moins chère et plus avancée avec des systèmes de communication, de capteurs et de biosurveillance intégrés pour les soldats, offrant plus de flexibilité et de fonctionnalité sur le champ de bataille. En utilisant l'impression 3D à jet d'encre et des encres conductrices, les ingénieurs militaires pourraient imprimer des capteurs directement sur des armes ou des vêtements, ajoutant plus de fonctionnalités tout en réduisant la taille et le poids des capteurs portables. À l'avenir, les capteurs pourraient même être imprimés directement sur la peau. Les soldats pourraient les utiliser sur le champ de bataille pour capter l'énergie solaire et charger de petits appareils électroniques.

Pour résumer

Dans un paysage militaire de plus en plus complexe, l'impression 3D a le potentiel de répondre aux principaux besoins de défense. Les capacités de fabrication rapides, localisées et flexibles offertes par la fabrication additive en font une technologie idéale pour une industrie qui repose sur une innovation rapide et des avancées technologiques. À long terme, la fabrication additive permettra aux systèmes et équipements militaires d'être fabriqués, réparés et entretenus plus efficacement et conduira à un changement sans précédent dans la logistique et les chaînes d'approvisionnement militaires.

Avec des investissements considérables réalisés pour développer et certifier des processus et des matériaux d'impression 3D, l'avenir de l'impression 3D pour les armées mondiales semble certainement prometteur.