Fabricación aditiva en defensa: estudio de 15 aplicaciones

Fabricación aditiva en defensa: estudio de 15 aplicaciones

La tecnología de fabricación aditiva está reconocida desde hace tiempo por sus potentes capacidades y se ha utilizado ampliamente en numerosos sectores, como el marítimo, el aeroespacial y el automovilístico.

En particular, los departamentos de defensa de todo el mundo la adoptan cada vez más. De hecho, se prevé que en 2027 el sector de la impresión 3D militar alcance un valor de 1.700 millones de euros.

Dada la demanda militar de velocidades más rápidas, pesos más ligeros y costes más bajos, la selección de la tecnología de fabricación aditiva para lograr estas características es, sin duda, la opción más adecuada.

En este artículo se enumeran algunos casos de utilización de la tecnología de impresión 3D en los sectores de defensa de varios países. A partir de estos ejemplos prácticos, podemos apreciar mejor la importancia de esta tecnología en defensa.

1. Impresora 3D metálica de 9 metros de longitud

El ejército estadounidense está plenamente convencido de las ventajas de la fabricación aditiva. En 2021, anunciaron planes para construir la impresora 3D metálica más grande del mundo. El DEVCOM Army Ground Vehicle Systems Center está construyendo esta colosal impresora con la ayuda de ASTRO America, Ingersoll Machine Tools, Siemens y la colaboración MELD Manufacturing del Rock Island Arsenal. Esta impresora formará parte del proyecto Seamless Hull, cuyo objetivo final es imprimir un casco integrado para vehículos de combate.

Se calcula que el proyecto durará unos 14 meses. Una vez terminada, la impresora será capaz de imprimir piezas metálicas de 30 pies de largo, 20 pies de ancho y 12 pies de alto (aproximadamente 9 metros por 6 metros por 3,6 metros).

Impresora 3D metálica de 9 metros de longitud

2. Pasarelas impresas en 3D

Otra aplicación en el sector militar y de defensa procede de ITAMCO (Indiana Technology and Manufacturing Companies), que está utilizando la fabricación aditiva para desarrollar una pista de aterrizaje para aeródromos expedicionarios militares. Estas alfombras de pista son componentes fundamentales de los aeródromos expedicionarios (EAF).

Su finalidad es entrar en acción en terrenos más débiles, permitiendo el aterrizaje y despegue de aviones militares. Antes se utilizaban pistas portátiles fabricadas con planchas de aluminio, pero al quedar obsoletas, los militares necesitaban encontrar una solución innovadora.

La impresora 3D M290 de la empresa alemana EOS se empleó para fabricar modelos más ligeros y duraderos para el equipamiento militar de las Fuerzas Aéreas estadounidenses.

Pasarelas impresas en 3D

3. ExOne y su bote militar

En un intento por acelerar el desarrollo de robustos bidones de fábrica impresos en 3D, ExOne se ha embarcado en esta empresa tras colaborar con múltiples socios. En concreto, se trata de un contrato de $1,6 millones con la Agencia Logística de Defensa (DLA).

A lo largo de este proceso, la tecnología Binderjet de ExOne, famosa por su rapidez, flexibilidad de materiales y facilidad de manejo, se ha empleado con fines militares, atendiendo eficazmente las necesidades críticas de las fuerzas armadas.

Se dice que esta impresora 3D, diseñada específicamente para el ejército, es capaz de inyectar adhesivo a chorro, dispensar más de 20 tipos de metalesy otros materiales en polvo. Además, su carcasa única y otras características la hacen excepcionalmente adecuada para productos de grado militar.

ExOne y su bote militar

4. Herramientas impresas en 3D de la Marina de EE.UU.

La Marina estadounidense también está aprovechando el poder de la fabricación aditiva. Su Cuerpo de Marines ha descubierto el potencial de la impresión 3D para desarrollar nuevas herramientas de mantenimiento de vehículos.

En colaboración con campos de suministro y socios industriales, el Mando de Sistemas del Cuerpo de Marines ha producido una abrazadera de fabricación aditiva mediante tecnología de impresión 3D. Esta abrazadera está diseñada para separar volantes de metales, un problema habitual en el mantenimiento de vehículos navales.

La fabricación aditiva ayuda a reducir el tiempo de mantenimiento y preparación de herramientas, logrando disminuir el tiempo de espera real de estas piezas a unos 25 días.

Herramientas impresas en 3D de la Marina de EE.UU.

5. El Ejército de EE.UU. y la Universidad del Sur de Florida desarrollan una aleación ligera de magnesio

En el ámbito de la tecnología de impresión 3D, el Ejército de Estados Unidos colabora regularmente no sólo con empresas relevantes, sino también con diversas universidades. Recientemente, científicos de la Universidad del Sur de Florida han impreso con éxito en 3D un aleación de magnesio conocido como WE43.

El desarrollo de este material no fue fruto de la casualidad, sino impulsado por necesidades militares. Los soldados estadounidenses suelen cargar con mochilas y equipos extremadamente pesados, por lo que la investigación encaminada a reducir su carga es de vital importancia.

Sin embargo, con la ayuda de WE43 y el proceso de fusión de lecho de polvo, el Ejército de EE.UU. y la Universidad del Sur de Florida pueden haber descubierto una solución.

El Ejército de EE.UU. y la Universidad del Sur de Florida desarrollan una aleación ligera de magnesio

6. Hélice de barco impresa en 3D

En los últimos años, la renombrada empresa francesa Naval Group ha empleado la tecnología de impresión 3D para satisfacer diversas necesidades. Desde enero de 2021, gracias al proceso de fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM), Naval Group ha impreso con éxito en 3D una hélice.

Compuesta por cinco palas de 200 kg cada una, la hélice se instaló en el buque dragaminas Perseus. El equipo responsable de este proyecto reveló que, gracias a la tecnología de impresión 3D, redujeron considerablemente el tiempo de construcción y minimizaron la cantidad de material utilizado.

Hélice de barco impresa en 3D

7. El Ejército del Aire mejora sus procesos mediante impresión 3D

La fabricación aditiva puede ayudar a las piezas a conseguir una gran dureza, resistencia y otros atributos excepcionales. Mediante el refuerzo interno con fibras, los investigadores han desarrollado una gran variedad de herramientas y piezas finales que pueden soportar las estrictas condiciones de rendimiento exigidas en situaciones de gran tensión sobre las piezas, sin margen de error.

En Madrid, el jefe del taller de helicópteros del Ejército del Aire español declaró que ahora intentan fabricar cada pieza mediante fabricación aditiva, evitando los métodos de producción tradicionales. Estas piezas incluyen herramientas de medición de control de fugas para trenes de aterrizaje de helicópteros y llaves personalizadas para rotores principales de helicópteros.

El Ejército del Aire mejora sus procesos mediante impresión 3D

8. General Lattice y su diseño de casco para el ejército de EE.UU.

General Lattice, una empresa de software de diseño 3D, ha firmado un contrato con el Ejército de Estados Unidos para mejorar la capacidad de absorción de impactos de los cascos de combate mediante impresión 3D y geometrías de celosía avanzadas. Para este proyecto, la empresa ha ideado un conjunto de herramientas de modelado predictivo para diseñar y generar materiales para cascos.

Para reforzar la protección de los soldados en el campo de batalla y aumentar sus probabilidades de supervivencia tras impactos en la cabeza, los materiales impresos en 3D se probarán en condiciones reales para validar los requisitos de rendimiento establecidos por el Centro de Mando del Soldado.

General Lattice y su diseño de casco para el ejército de EE.UU.

9. Piezas de recambio en vehículos blindados de combate

El Ejército australiano ha diseñado docenas de piezas de repuesto para uno de sus vehículos blindados utilizando una solución de impresión 3D por pulverización en frío desarrollada por SPEE3D. Estos componentes han superado múltiples pruebas y certificaciones de uso sobre el terreno, mejorando la agilidad del Ejército australiano.

Por ejemplo, las piezas impresas incluyen una cubierta de rueda producida en sólo 29 minutos, con un coste total de 100 dólares australianos. Gracias a la introducción de la tecnología de fabricación aditiva, los militares pueden reducir el tiempo de inactividad de los vehículos blindados y hacer frente así con mayor eficacia a las emergencias.

10. La Marina estadounidense y la fabricación aditiva

Desde hace varios años, la Marina estadounidense lleva a cabo numerosos proyectos de fabricación aditiva. El objetivo es mejorar la agilidad y la eficacia de los equipos que realizan misiones en alta mar, sobre todo en lo que se refiere a la fabricación de piezas de recambio. Por ello, la Naval Postgraduate School (NPS) ha invertido en la máquina de metal ElemX de Xerox.

Utilizan este equipo para diseñar piezas de repuesto y herramientas para submarinos y buques, lo que permite a Xerox tener una cadena de suministro más corta y fabricar componentes personalizados. Sin embargo, NPS no es la única organización que lanza iniciativas de impresión 3D en el sector marítimo.

De hecho, MatterHackers ha firmado un contrato de cinco años con la Marina estadounidense para suministrar todo el equipo 3D necesario, junto con cursos de formación y mantenimiento.

La Marina estadounidense y la fabricación aditiva

11. Proyecto de energía del futuro

El Future Energy Project del Reino Unido se dedica a la investigación, las pruebas de explosivos, la fabricación de nuevos productos energéticos, la modelización de explosivos, la síntesis química, la caracterización térmica y las pruebas de peligrosidad.

El proyecto pretende crear nuevos materiales energéticos y métodos de diagnóstico para verificar estos novedosos materiales. Se empleará la fabricación aditiva para desarrollar nuevas formulaciones explosivas, que ofrecerán numerosas ventajas a los posibles usuarios, como la reducción de los costes de almacenamiento y transporte y la mejora de las prestaciones.

Los costes pueden adaptarse con precisión a los requisitos y fabricarse en diseños innovadores y complejos, un concepto antes inimaginable. El proceso de fabricación utiliza el mezclador acústico resonante LabRAM, que emplea energía acústica en lugar de paletas físicas para mezclar los materiales, lo que hace que el proceso sea más seguro.

Proyecto de energía del futuro

12. ASTRO America desarrolla cascos de vehículos blindados impresos en 3D

La organización de investigación en ciencia y tecnología aplicadas, también conocida como ASTRO America, ha sido seleccionada por el Ejército de Estados Unidos para el proyecto del casco sin costuras.

Este plan, que cuenta con el apoyo de los Institutos de Innovación en Fabricación del Departamento de Defensa de Estados Unidos, forma parte de un esfuerzo por desarrollar y suministrar cascos de vehículos blindados mediante impresión 3D.

Su objetivo es reducir el tiempo de fabricación y disminuir los costes de producción, al tiempo que se aligera el peso de los vehículos y se mejoran sus prestaciones y su capacidad de supervivencia.

ASTRO America desarrolla cascos de vehículos blindados impresos en 3D

13. Cuarteles militares impresos en 3D

ICON, empresa de construcción en 3D famosa por su participación en proyectos militares, colaboró con el Departamento Militar de Texas, Logan Architecture y Fort Structures para crear la mayor estructura impresa en 3D de Norteamérica.

El campo de entrenamiento, situado en el Swifte Camp Training Center de Bastrop (Texas), se construyó con el sistema de construcción Vulcan de ICON, una impresora robótica que se maneja a través de una tableta y es capaz de utilizar materiales a base de cemento.

Esta fructífera colaboración entre la empresa y el ejército dio como resultado el primer cuartel militar impreso en 3D para que residan los soldados. La estructura final consiste en un edificio de 3.800 pies cuadrados, capaz de alojar hasta 72 soldados o pilotos, preparándolos para sus próximos destinos.

Cuarteles militares impresos en 3D

14. Impresión 3D de cascos de submarinos

Durante años, el Departamento de Defensa ha encontrado formas de aplicar la impresión 3D en diversos ámbitos: en tierra, aire y mar. De hecho, uno de los últimos proyectos del ejército estadounidense se adentra en un territorio relativamente inexplorado de la impresión 3D: el submarino.

En un esfuerzo pionero en 2017, el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) colaboró con el Laboratorio de Tecnología Disruptiva de la Armada de Estados Unidos, lo que dio como resultado el primer casco de submarino impreso en 3D de la historia militar.

Utilizando la tecnología de fabricación aditiva por deposición fundida de modelos de gran superficie (FDM BAAM) del ORNL, el equipo creó un casco conceptual de 30 pies compuesto por seis secciones de composite de fibra de carbono, demostrando una producción más rápida y unos costes más bajos en comparación con los métodos de fabricación tradicionales.

A pesar de estar aún en fase de pruebas, los indicadores apuntan a que pronto seremos testigos de más submarinos impresos en 3D sumergiéndose en los océanos.

Impresión 3D de cascos de submarinos

15. La Universidad de Maine desarrolla buques de apoyo logístico para el Cuerpo de Marines de EE.UU.

En marzo de este año, la Universidad de Maine (UMaine), en su Centro de Estructuras y Composites Avanzados de Orono, imprimió en 3D dos grandes buques, uno de los cuales es, según se dice, el mayor buque fabricado mediante aditivos de la historia.

Estas embarcaciones prototipo fueron desarrolladas para el Cuerpo de Marines de EE.UU., diseñadas como buques de apoyo logístico, y serán sometidas a pruebas para su uso militar activo. El mayor de los dos tiene capacidad para dos contenedores de transporte de 20 pies, mientras que el otro puede transportar alimentos, agua y otros suministros para tres días para todo un escuadrón de fusileros.

Los dos nuevos buques se imprimieron en 3D a partir de una mezcla multimaterial basada en compuestos reforzados con fibras de polímero. Según la UMaine, fueron capaces de fabricar y ensamblar una de estas embarcaciones en tan solo un mes, un proceso que llevaría hasta un año con los métodos de fabricación tradicionales.

La Universidad de Maine desarrolla buques de apoyo logístico para el Cuerpo de Marines de EE.UU.
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Shane
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Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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