Het leger heeft sinds de oudheid een breed scala aan functies gehad. Uiteraard voor oorlogsvoering, zowel in aanval als verdediging, maar ook als noodhulp bij natuurrampen en vooral als aanjager van innovatie – bijvoorbeeld voor de voorloper van het internet, het ARPANET, zonder welk je deze blogpost vandaag niet op je computer, laptop of smartphone zou kunnen lezen.
In Duitsland heeft het leger echter een relatief moeilijke positie. Het werd lange tijd door politici verwaarloosd en hoewel het door grote delen van de bevolking over het algemeen hoog wordt gewaardeerd, wordt het traditionele werk, namelijk militaire operaties, vaak zeer kritisch bekeken – zelfs wanneer ze worden ingezet als vredesmacht.
Historisch gezien is deze kritische houding meer dan begrijpelijk. Grootouders en ouders konden hun kleinkinderen en kinderen uit eerste hand vertellen over de vernietigende effecten van een wereldoorlog, waardoor elke vorm van mogelijke verering van militaire structuren door de samenleving als geheel negatief werd beoordeeld.
Echter, deze kritische houding heeft de laatste jaren zijn grenzen bereikt. Veranderende mondiale omstandigheden, een complicatie van bilaterale relaties en het oplaaien van verschillende militaire conflicten hebben een zenuwslopende stroom door de samenleving gestuurd, wat resulteerde in één grote vraag: kunnen we deze kritische houding handhaven en tegelijkertijd de vrede waarborgen?
Het is noch mogelijk, noch mijn ambitie om deze vraag universeel te beantwoorden. Maar het was precies deze vraag die leidde tot wat Olaf Scholz een "Zeitenwende" noemde in de politieke relatie met het leger in heel Europa. Militaire capaciteit in Europa kon niet langer alleen op papier bestaan, het moest een tastbare wederopbouw ondergaan.
Natuurlijk kan een dergelijke wederopbouw niet binnen enkele maanden of zelfs jaren worden voltooid. De opschaling van productiecapaciteiten die decennialang stil hebben gestaan, de bouw en uitbreiding van militaire fabrieken en de herbewapening van militair personeel vereisen niet alleen geld en politieke wil, maar ook veel tijd – en precies hier komt additieve productie in beeld!
In deze blogpost lees je hoe 3D-printen het leger ondersteunt, technologische vooruitgang stimuleert, de militaire uitrusting van soldaten versnelt en crisissituaties ontzenuwt. Ik begin met de vele toepassingen van 3D-printen in het leger en ga vervolgens verder met de voordelen van het gebruik van additieve productie.
Van de grond naar de zee naar de lucht
Het militaire systeem van de meeste landen ter wereld is verdeeld in drie delen: het leger, de luchtmacht en de marine. In de meeste situaties blijft het leger de ruggengraat van elke militaire operatie, maar sinds de Tweede Wereldoorlog is lucht- en maritieme ondersteuning ook onmisbaar geworden voor een optimale verdediging. Zonder luchtoverwicht worden grondtroepen een gemakkelijk doelwit voor de luchtsteun van de vijand, en zonder maritieme dominantie kunnen kustlandingen niet worden gestopt, wat kan leiden tot catastrofale gevolgen, van logistieke moeilijkheden tot de omsingeling van grondtroepen.
3D-printen biedt een verscheidenheid aan toepassingen voor al deze pijlers van verdediging. Voor deze blogpost richt ik me voornamelijk op inzetbare militaire componenten, aangezien 3D-geprinte prototypes in het leger nu zo veelzijdig zijn dat ze buiten de reikwijdte van deze blogpost vallen. Laten we eerst kijken naar de mogelijkheden van additive manufacturing voor het hart van elk leger.
Apparatuur voor de frontlinie
De eerste pogingen tot additive manufacturing binnen het leger vonden plaats in de vroege jaren 2010. Met name infanterie-uitrusting, zoals helmen en geweerkolven, waarvan grote hoeveelheden in een korte tijd onder bepaalde omstandigheden nodig zijn, werd in deze eerste proeven additief geproduceerd.
Deze proeven zijn nu veel volwassener en gaan veel verder dan helmen en geweerkolven. Dempers, lenzen voor collimatorsights en verrekijkers, statieven voor machinegeweren, onderdelen van kogelwerende vesten, granaathulzen en nog veel meer kunnen nu geproduceerd worden met behulp van 3D-printen.
Additive manufacturing wordt nu ook gebruikt voor componenten voor militaire landvoertuigen. Zo heeft het Amerikaanse leger al enige tijd batterijsteunen voor zijn M998 HMMWV geprint en kondigde het in 2023 aan dat het van plan is het gebruik van additive manufacturing uit te breiden naar andere componenten van de M998.
Het Army Research Laboratory werkt momenteel aan de additive manufacturing van verschillende voertuigcomponenten - van aandrijfsystemen tot torenonderdelen. Daarnaast werkt het Next-Gen Combat Vehicles (NGVC) programma, dat in 2017 werd gelanceerd, met 3D-geprint titanium om lichte en duurzame componenten voor militaire voertuigen te creëren. Verdere informatie over het gebruik van additive manufacturing door het Army Research Laboratory is te vinden in dit PDF-bestand.
Een ander veelbelovend project voor additief geproduceerde onderdelen van gevechtsvoertuigen is het zogenaamde "Jointless Hull"-project van het US Army Ground Vehicle System Center (GVSC). Samen met ASTRO America, een door de Amerikaanse overheid gefinancierde NPO, en onderaannemers zoals Ingersoll Machine Tools, Siemens en verschillende anderen, werd in 2021 de grootste metalen 3D-printer ter wereld gebouwd, met een bouwvolume van meer dan 200.000 liter. In de nabije toekomst zal deze ook worden gebruikt om zeer grote componenten van gevechtsvoertuigen, zoals complete carrosserieën, in één stuk te printen.
Maar 3D-printen speelt ook een belangrijke rol in het leger buiten het slagveld. Soldaten die op het slagveld gewond zijn geraakt, hebben bijvoorbeeld vaak gepersonaliseerde protheses nodig, die met conventionele methoden maanden kunnen duren om te produceren, afhankelijk van het type verwonding en de werkdruk. Met 3D-printen kunnen daarentegen geïndividualiseerde protheses binnen enkele uren worden geproduceerd - zelfs direct in het militaire ziekenhuis zelf in geval van nood.
Apparatuur voor de zee
Additive manufacturing voor militaire schepen heeft iets langer geduurd dan in de andere takken van het leger. Lange tijd waren de krachten die op militaire vaartuigen werden uitgeoefend een uitsluitingscriterium voor 3D-geprinte componenten, omdat de vereiste weerstand niet haalbaar was.
Het eerste volledig 3D-geprinte en gebruiksklare onderdeel voor een schip werd in 2017 geproduceerd - de "WAAMpeller" door het Nederlandse bedrijf RAMLAB. Deze 1,3 meter grote propeller, die slechts 180 kg weegt, maakte in 2018 eindelijk zijn maiden voyage, die vlekkeloos verliep, en is sindsdien verder geoptimaliseerd voor gebruik.
Het eerste 3D-geprinte onderdeel werd vervolgens eind 2018 op een militair schip gebruikt. Een afvoergroefmondstuk van een 3D-printer werd met succes geïnstalleerd in de stoomleiding van de USS Harry S. Truman, een vliegdekschip, en dient sindsdien met volledig succes.
Sinds 2019 richt de Amerikaanse marine zijn additive productie vooral op reserveonderdelen voor onderzeeërs. Aangezien traditionele productieprocessen lange doorlooptijden hebben, wat betekent dat onderzeeërs lange tijd niet bruikbaar kunnen zijn, is de hoge snelheid van additive manufacturing ideaal om noodgevallen te voorkomen. Volledige onderzeebootrompen zijn ook al geprint, bijvoorbeeld een SEAL Delivery Vehicle in 2017, maar deze bevinden zich nog steeds in de prototypefase.
In 2022 installeerde de Amerikaanse marine ook de eerste 3D-printers op de schepen zelf, zodat reparatiewerkzaamheden op volle zee kunnen worden uitgevoerd zonder dat er tonnen reserveonderdelen op het schip moeten worden opgeslagen. 3D-printers werden eerst standaardapparatuur op de USS Essex en later ook op de USS Bataan, beide amfibische aanvalschschepen.
Dergelijke 3D-printers op schepen helpen niet alleen de marine zelf, maar ook amfibische grondtroepen of militaire vliegtuigen tijdens zeemissies profiteren van de snelle productie van reserveonderdelen op militaire schepen. 3D-printers op schepen kunnen ook nuttig zijn voor onderzoeksdoeleinden - de Duitse marine maakt hier bijvoorbeeld al enkele jaren gebruik van.
Apparatuur voor de lucht
De eerste 3D-geprinte componenten in een vliegtuig waren al beschikbaar in 2013 - maar aanvankelijk alleen in commerciële vliegtuigen. Aangezien de eisen voor militaire vliegtuigen nog strikter zijn, heeft de ontwikkeling in de militaire sector iets langer geduurd.
De eerste doorbraak werd bereikt in 2015, toen het eerste 3D-geprinte onderdeel voor een straalmotor door de FAA werd gecertificeerd voor commercieel gebruik. Sindsdien hebben hooggeplaatste vliegtuigfabrikanten zoals Airbus, Boeing en General Motors gestreden om de uitbreiding van 3D-geprinte componenten die in vliegtuigen kunnen worden geïnstalleerd.
De eerste 3D-geprinte componenten werden in 2019 in militaire vliegtuigen gebruikt. Aanvankelijk waren dit alleen niet-kritische componenten, zoals een voetsteunbeugel in de cockpit van de Lockheed Martin F-22 Raptor. Ondanks de niet-kritische aard van deze componenten waren ze een nieuwe doorbraak voor additive manufacturing op het gebied van militaire vliegtuigen.
De definitieve doorbraak kwam in 2020 bij het Oklahoma City Air Logistics Complex, waar het eerste additief geproduceerde onderdeel werd geproduceerd en met succes werd getest op een motor van de US Air Force. Dit onderdeel, dat voor het eerst werd gebruikt op de Boeing B-52 Stratofortress, was het bewijs voor de US Air Force dat 3D-printen ook kan voldoen aan de buitengewoon strikte voorschriften voor kritische militaire vliegtuigcomponenten.
Sindsdien heeft 3D-printen geleidelijk verdere toepassingsgebieden voor militaire vliegtuigen geopend. Zo worden er nu reserveonderdelen voor de legendarische UH-60 Black Hawk geproduceerd met behulp van additive manufacturing. Aangezien deze helikopter al meer dan 40 jaar in gebruik is, is de productie meer dan tien jaar geleden stopgezet, wat betekent dat reserveonderdelen nu erg zeldzaam zijn.
Volgens de voormalige commandant, generaal-majoor Todd Royar van de US AMCOM (Army Aviation and Missile Command), duurde het soms meer dan twee jaar voordat de vereiste reserveonderdelen konden worden geleverd. 3D-printen heeft dit probleem opgelost en blijft dit probleem oplossen door het mogelijk te maken om reserveonderdelen snel en gemakkelijk te produceren.
3D-printen wordt nu ook steeds meer gebruikt op het gebied van UAV's (onbemande luchtvaartuigen). De behuizingen voor enkele kleine gevechts- of logistieke drones worden sinds 2021 volledig geproduceerd met behulp van additive manufacturing, omdat dit bijzonder lichte componenten mogelijk maakt.
Last but not least moet ook een gloednieuw project van Boeing worden genoemd. Sinds eind 2023 werkt Boeing samen met ASTRO America om componenten voor zijn AH-64 gevechtshelikopter te produceren met behulp van additive manufacturing. Het eerste doel van deze samenwerking is om in de nabije toekomst een volledig 3D-geprint hoofdrotorsysteem te testen en het in de meer verre toekomst in gebruik te nemen.
De redenen voor de uitbreiding van additive manufacturing
We hebben nu enkele toepassingen van 3D-printen in het leger gezien, althans die waar informatie publiekelijk beschikbaar is. Deze zijn uiteraard divers - en nog duidelijker is de constante uitbreiding van additive manufacturing in het leger sinds het begin van de jaren 2010.
Straits Research schat de waarde van 3D-printen in de lucht- en defensiemarkt op $1,35 miljard in 2021 - en voorspelt een samengestelde jaarlijkse groei van 26,1% tot 2030. Waarom precies deze enorme stijging wordt verwacht, moet meer dan duidelijk zijn uit de onderstaande voordelen.
On-Demand-productie
Duidelijk de meest omvattende reden is de snelle on-demand productie van componenten. Of het nu gaat om reserveonderdelen of zelfstandige apparatuur, geen van de traditionele productie methoden kan de productie flexibiliteit van additive manufacturing evenaren.
Deze flexibiliteit wordt uiteraard gewaardeerd in veel industrieën, maar er is nauwelijks een andere toepassing waar deze zo dringend nodig is als in het leger. Noodsituaties en oorlogsgebieden zijn veel dingen, maar ze zijn niet te plannen. Met 3D-printen kan met deze onvoorspelbaarheid beter worden omgegaan, kunnen productiepieken worden beheerst en kan de opschaling van productiecapaciteiten worden vergemakkelijkt.
Echter, het is niet alleen in productiehallen en fabrieken dat componenten snel kunnen worden geproduceerd; 3D-printers kunnen ook worden gebruikt in de directe nabijheid van gevechtsoperaties of noodsituaties. Of het nu in een commandocentrum, een militair ziekenhuis, op een schip of zelfs in een vliegtuig is, 3D-printen stelt het leger in staat om de term "on-demand" letterlijk in de praktijk te brengen.
De mogelijkheid om kritische componenten intern te produceren of, in het geval van een dienstverlener, dicht bij de regio, mag vooral sinds de COVID-19-pandemie niet meer worden onderschat. Een enkel ontbrekend onderdeel is immers al voldoende om de productie van essentiële apparatuur stil te leggen - en als de productie in uitzonderlijke situaties en noodsituaties stilvalt, is het niet langer alleen een kwestie van verloren omzet, maar van verloren mensenlevens.
Veel militaire componenten zijn ook onderhevig aan de hoogste niveaus van geheimhouding. Vooral in het geval van prototypes van toekomstige apparatuur zou een lek naar vijandelijke troepen bijvoorbeeld catastrofaal zijn - en hoe meer partijen betrokken zijn bij de productie, hoe groter de kans dat geheimen openbaar worden. Daarom is het gebruik van een interne 3D-printer of een volledige dienstverlener die alle productie- en nabewerkingstaken afhandelt ideaal voor het waarborgen van de beveiliging van militaire componenten.
Lichte en complexe componenten
Gewicht speelt een essentiële rol, vooral bij mobiliteitsapplicaties. Hoe minder een voertuig weegt, hoe minder energie nodig is om het te verplaatsen.
Maar ook soldaten profiteren van lichter materieel. Het Combat Load Report van de Marine Corps Combat Development Commands uit 2003 stelt dat het maximale gewicht dat een soldaat zou moeten dragen om maximale prestaties te garanderen, 33% van het lichaamsgewicht bedraagt. Bij een lichaamsgewicht van 80 kg zou 26,4 kg uitrusting dus het absolute maximum zijn om de flexibiliteit en mobiliteit niet te beperken - maar tegenwoordig dragen infanterie-eenheden vaak meer dan 40 kilogram op hun schouders.
Additive manufacturing maakt de productie van lichte componenten mogelijk zonder in te boeten op mechanische prestaties. Dit wordt enerzijds ondersteund door bepaalde materialen en anderzijds door de vrijwel onbeperkte ontwerpvrijheid, die zeer complexe componenten mogelijk maakt.
Als het gaat om materialen, zijn vezelversterkte materialen en verschillende soorten harsen bijzonder indrukwekkend. Koolstofvezelcomposieten worden bijvoorbeeld al veel gebruikt als metaalvervanger, omdat ze zeer vergelijkbare mechanische eigenschappen bieden, maar een veel lagere dichtheid hebben, waardoor de geprinte onderdelen veel lichter zijn. Hoogwaardige polymeren zoals PEEK zijn ook ideaal voor dit doel.
De ontwerpvrijheid komt vooral de interne structuren ten goede. Dit betekent dat componenten volledig of gedeeltelijk hol en met complexe interne structuren, zoals honingraat of kanaalvormig, kunnen worden gecreëerd zonder grote inspanning. Hierdoor kan het gewicht aanzienlijk worden verminderd zonder de mechanische prestaties te beperken.
Geoptimaliseerde individualisatie
Ook al zijn veel militaire apparaten ontworpen voor massaproductie, zoals projectielen of bepaalde infanteriewapens zoals de AK-47 of de M16, er is toch een hoog niveau van individualiteit vereist voor bepaalde militaire componenten.
Protheses en het belang van individualiteit en productiesnelheid bij de vervaardiging hiervan zijn al genoemd. Maar ook bij militaire uitrusting zoals helmen, gasmaskers, medische instrumenten, kogelwerende vesten en vele andere, kan personalisatie voor de respectieve drager het verschil maken tussen leven en dood.
De mate van maatwerk speelt ook een belangrijke rol bij sterk gespecialiseerde vuurwapens, vooral sluipschuttersgeweren. Additive manufacturing maakt het mogelijk om elementen zoals richtmiddelen, grepen, kolf en steunen direct aan te passen aan de schutter, wat de nauwkeurigheid aanzienlijk kan verhogen.
En niet te vergeten, is natuurlijk, de individualisatie van componenten voor militaire voertuigen van allerlei soorten. Deze aanpassingen kunnen worden gebruikt om voertuigen aan bepaalde omstandigheden aan te passen, hun aerodynamica te verbeteren en bijvoorbeeld hun gewicht te verminderen.
Snelle prototyping
Hoewel ik prototyping grotendeels heb uitgesloten van de lijst met toepassingen, zou het meer dan ongepast zijn om het enorme voordeel dat snelle prototyping de krijgsmacht biedt, niet te noemen.
De sterk verkorte iteratiecycli en de eenvoud van het aanbrengen van wijzigingen in het digitale model maken 3D-printen tot het ideale prototypingtool voor defensiebedrijven en het leger. Dit betekent dat er veel meer tests kunnen worden uitgevoerd op de respectieve componenten, waardoor hun veiligheid, functionaliteit en duurzaamheid maximaal worden gegarandeerd.
De toepassingsgebieden zijn ontelbaar en bestrijken alle gebieden van het leger. Van kleine onderdelen zoals helmbevestigingen en trekkermechanismen tot grote componenten zoals complete vuurwapenprototypes en voertuigonderdelen - bijna elk mogelijk component is geschikt voor snelle prototyping.
Zelfs op gebieden zoals robotica biedt prototyping met 3D-printen enorme voordelen. Toekomsttechnologieën kunnen snel worden geproduceerd en getest, en eventuele zwakke punten kunnen eenvoudig worden verholpen. De invloed van additive manufacturing zal daarom een grote impact hebben op de toekomst van het leger en de ontwikkeling van nieuwe systemen sneller maken dan ooit tevoren.
Conclusie
Het leger toonde al vroeg interesse in 3D-printen. De potentiële voordelen van 3D-printen, zelfs in de beginjaren, konden niet gemist worden door de krijgsmachten wereldwijd.
Toch duurde het even voordat er tastbare resultaten zichtbaar waren. De strikte regelgeving met betrekking tot veiligheid en duurzaamheid vormde grote uitdagingen, zelfs voor de veelbelovende technologie van additive manufacturing.
Echter, de enorme uitbreiding van de materiaalkeuze en de snelle technische vooruitgang van 3D-printen, vooral aan het einde van de jaren 2000, hebben deze uitdagingen één voor één weggenomen - en het is nu onmogelijk om alle gebieden van het leger zonder additive manufacturing voor te stellen.
Dit wordt bijzonder duidelijk in de Additive Manufacturing Strategy van het Amerikaanse Ministerie van Defensie. Dit strategiedocument bespreekt de toekomstige impact en verbeteringen van additive manufacturing in het leger en schetst de belangrijkste doelstellingen van deze strategie.
Deze doelen kunnen worden samengevat in vijf hoofdpunten:
- Integratie van additive manufacturing in de productie
- Coördinatie van activiteiten met betrekking tot additive manufacturing
- Bevordering van technologie gerelateerd aan additive manufacturing
- Uitbreiding van kennis over additive manufacturing
- Zorgdragen voor een ideale workflow met additive manufacturing.
Bij PartsToGo werken we elke dag aan precies dezelfde doelen en daarom, als een 3D-printserviceprovider met uitstekende service en uitzonderlijke expertise, stellen we de moeiteloze uitvoering van projecten en ideeën met additive manufacturing voor defensiebedrijven mogelijk.
Als u van onze diensten wilt profiteren en uw ideeën met maximale efficiëntie wilt realiseren, kunt u direct contact met ons opnemen via de knop hieronder. We nemen zo snel mogelijk contact met u op en verduidelijken alle bijzonderheden van uw project, zodat het precies volgens uw ideeën wordt uitgevoerd!
Onze ideale oplossing voor het leger
Laatst maar niet het minst, willen we onze ideale oplossing voor militaire componenten benadrukken, waarmee veel van onze projecten worden uitgevoerd. U kunt een compleet overzicht van onze oplossingen en meer informatie over onze mogelijkheden vinden op onze toepassingspagina.
Er is een verscheidenheid aan materialen en printers beschikbaar voor het produceren van componenten voor het leger, afhankelijk van de toepassing. Een fantastische allround combinatie is echter de FDM Nylon 12CF in combinatie met de Fortus® 450mc van Stratasys®.
De FDM Nylon 12CF combineert PA12 met versnipperde koolstofvezels, die de sterkte en stijfheid van het matrixmateriaal verhogen zonder de dichtheid te beïnvloeden. De uitstekende sterkte-gewichtsverhouding van dit materiaal maakt componenten die hiervan zijn gemaakt een ideaal alternatief voor zware en kostbare metalen onderdelen.
Het materiaal kan worden gebruikt voor zowel eindcomponenten als prototyping. Of het nu gaat om gereedschappen, functionele en ontwerpmodellen, voertuig- of infanterie-uitrustingscomponenten - de FDM Nylon 12CF blinkt op alle gebieden uit.
De F900™ is het ideale gereedschap voor het verwerken van dit materiaal. Het valt op door zijn uitstekende betrouwbaarheid, consistentie en reproduceerbaarheid, wat de kans op een succesvolle print verbetert. Bovendien produceert deze printer bijna isotrope onderdelen en heeft hij een zeer breed scala aan materialen, waaronder verschillende composieten.
En daarmee komen we aan het einde van deze blogpost. Hartelijk dank voor uw aandacht - en tot de volgende blogpost!
