Gizli bir şey değil ki eklemeli imalat (AM) savunmada son yıllarda yer kazanıyor ve sayısız yeni makine, malzeme ve ortaklık. İnsansız hava araçlarından küçük silahlara kadar savunma kullanım durumları patlama yaşıyor, ancak bu ilerlemeyi genellikle somut örnekler yerine genellemelerle anlatma eğilimi var.
Bak, ben zaten yaptım!
Bunun bir nedeni (ve teknoloji sektöründeki pazarlamacılar için sürekli bir baş ağrısı) ürününüz ya da çözümünüz müşterilerinize rekabet avantajı sağlıyorsa, gizli soslarını paylaşmak istememeleridir. Gerçekten de, karşılaştığım her etkileyici vaka çalışması için, bir NDA’yı ihlal etmeden bahsedemediğim onlarca başka vaka var.
Peki, mütevazı bir kıdemli editör ne yapmalı?
Tabii ki doğrudan kaynağa gitmek!
Büyük oyuncuların Beehive Industries’ı referans gösteren birkaç yeni duyurusunu görmüştüm, bu yüzden şirketle iletişime geçerek AM’yi savunma üretiminde nasıl bir avantaj sağlamak için kullandıklarını öğrenmek istedim. Sonunda şirketin Ürün Başkan Yardımcısı ve uzay havacılıkta on yıllık deneyime sahip bir mühendis olan Gordie Follin ile oturdum.
GE’den Beehive’a
Endüstri devleriyle, GE Aerospace ve Pratt & Whitney dahil olmak üzere yirmiden fazla yıl çalıştıktan sonra, Follin ölçekli AM konusunda yabancı değildi. GE’deki süresi, onun en çok eklemeli destekli FAA onaylı uçak motoru: Catalyst olduğuna inandığı projeyi içeriyordu. Ancak FAA onayı, Follin’in kabul ettiği gibi, üretimde AM için tekrarlayan bir zorluktur.
Tek seferlik bir uygulamayı bir insansız hava aracında sertifikalandırmak bir şey, insanlı bir uçak için kritik bir parçayı sertifikalandırmak ise çok daha yüksek bir standarttır. Bu yüzden, Follin beş yıl önce GE’den ayrılıp Beehive’a katıldığında, savunma şirketin tek odak noktası değildi. Takım, endüstriyel gaz türbinleri, katı ve sıvı roketler, hatta diş ve tıbbi cihazlar üzerine baktı. Ancak, Follin’in anlattığına göre, sayılar uzay ve savunmayı en iyi seçenek olarak işaret etti.
“Additive, performans, ağırlık, maliyet ve takvimi optimize etmenizi sağlar,” diye açıklıyor Follin. “Normalde bu dört şeyden ikisini seçmek zorundasınız, ama additive ile diğerlerini feda etmeden hepsini hedefleyebilirsiniz.” Daha da önemlisi, bu dengelemelerin en çok kritik olduğu alanlara bakıldığında, uzay ve savunma en üstte yer alıyor.
Bundan sonra, Beehive’ın odak noktası daha da daralarak insansız sistemlere yöneldi; bu karar nitelik sürecini büyük ölçüde basitleştiriyor ve şirketin, insanlı bir uçak programında düşünülemez bir yinelemeli hızla ilerlemesini sağlıyor.
Demonstratörden Frenzy’e
Sıklıkla olduğu gibi, Beehive’ın amiral gemisi ürünü—Frenzy turbojet motoru—ilk örnek değildi. Kısmen X-61 Gremlinden ilham alan Beehive, birkaç demonstratör motor inşa etti ve test etti; bu, Follin’in sadece önemli bir öğrenme deneyimi sağlamakla kalmayıp, genç şirketin güvenilirliğini artırdığını söylediği bir süreçti.
“Birçok startup bir şeyler yapacaklarını söylüyor, ama gerçek şu ki çoğu bunu yapmıyor,” diye açıklıyor. “Motoru kendi başımıza inşa edip müşterilere sunmamız gerçekten kapılar açtı.”
Müşterilerle yapılan bu erken görüşmelerden Beehive, Genişletilmiş Menzilli Saldırı Mermisi (ERAM) ve Uygun Maliyetli Kitle Füze Ailesi (FAMM) gibi programların sağladığı fon fırsatlarıyla desteklenen daha küçük bir motor sınıfında pazar fırsatı belirledi. Ancak müşteriler Beehive’ın önerdiği şeylere heyecan duyarken, Follin şirketin çok geç rekabet etmeye çalıştığı konusunda da endişe olduğunu söylüyor:
“Üç yıl önce, ‘Üç yıl içinde bir şeye ihtiyacımız var ama kimse bu kadar hızlı bir motor geliştiremez’ diyordu. Ama ilk motorumuzu inşa ettiğimizde, temiz bir sayfadan ilk motor testine yedi ayda ulaştık.”
Frenzy motoru ilerlemeye devam ettikçe—küçük motorların zorlandığı yüksek irtifalarda bile iyi performans gösterdi—savunma sektörünün Beehive Industries’a ilgisi de orantılı olarak arttı.
Beehive Industries’da eklemeli imalat
Kuruluş aşamasında Beehive Industries, birçok AM iş atölyesi gibi: talep üzerine diğer sektörler için 3D baskı parçalar üretiyordu. Aslında şirket hâlâ enerji üretim sektörü için ve ayrıca uzay-havacılık ve savunma için parçalar üretiyor. Üstelik bu parçaların bazıları doğrudan toz yatak eritme ile 3D basılıyor, diğerleri ise eklemeli dökümle yapılıyor.
Türbin kanat profilleri ya da yakıt memeleri gibi döküm parçaları için geleneksel çok aşamalı mum kalıp sürecinden geçmek yerine, Beehive seramik kalıpları doğrudan 3D basıyor. Sonuç olarak, Follin bu döküm parçalarını geleneksel bir döküm atölyesinin gerektirdiği sürenin bir kısmında teslim edebildiklerini belirtiyor. Şirket ayrıca yakın zamanda metal döküm yetenekleri ekledi; bu da Beehive’a Frenzy motorlarını AM ya da geleneksel dökümle, üretim ölçeği neye daha uygun olursa o şekilde yapma imkanı sağlıyor.
Follin’e göre, döküm ve baskı birimleri aynı performansı gösteriyor; gerçek ayrımcı dış satıcıların birim maliyeti. “Şu anda bir türbini bastığımızda ya da döktüğümüzde maliyetimiz yaklaşık aynı,” diyor. “Ancak içsel olarak maliyet nötr olmasının nedeni, seramik kalıp ya da yatırım dökümü için ödeme yapmamamız; bir başkasından döküm bir türbin alırsak, bunu kendimiz basmaktan çok daha pahalı olur.”
Tasarım açısından, Beehive tam anlamıyla eklemeli imalat için tasarım (DfAM) benimsemiş; motorlar eklemeli-ilk zihniyetle inşa edilmiş. Sonuç olarak, Follin’e göre Frenzy geleneksel bir motor gibi görünmüyor. “Eğer o motoru geleneksel olarak yapsaydık, muhtemelen 400 parça olurdu,” diyor. “Bizim motorumuz, her cıvata ve rondela dahil, yaklaşık 40 parça. Turbomakine beş parça ve bu genelde 200 olurdu.” Kısacası, Frenzy yıllardır AM savunucularının övdüğü parça-konsolidasyon faydalarını somutlaştırıyor.
“Motorun ortasında, kompresör difüzöründen, yanma odası muhafazasına, yanma odası astarına, rulman muhafazalarına, türbinin birinci aşama memesine, yakıt memelerine ve yakıt manifolduna kadar her şeyi içeren bir merkez çerçeve var,” diyor Follin. “Tüm bunlar tek bir parçaya basılıyor, ki bu geleneksel olarak asla yapılamaz. Bu güzel bir parça. Bir mühendislik tutkunusanız, bir gün MoMA’da olmasını isterdiniz.”
Dahası, Beehive’ın AM deneyimi, mühendislerinin işletme verimliliğinde nerede ve nasıl uzlaşma yapacaklarını anlamasını sağlıyor. Örneğin, basılmış kanat profillerinin yüzey pürüzlülüğünü azaltarak verimlilik peşinde koşmak yerine, Frenzy sızıntı yollarını ortadan kaldırarak ve daha aerodinamik tasarımlar kullanarak verimliliğini sağlıyor.
Tabii ki, bu AM’nin Beehive’da işleme tamamen yerini aldığı anlamına gelmiyor. Toleransların son derece sıkı ya da gerilmelerin çok yüksek olduğu durumlarda—örneğin türbin kanat uçları ya da şaft arayüzleri gibi—işleme hâlâ en iyi seçenek. Follin ise, bir parçayı neredeyse net şekle basıp ardından tamamlamak için bütününü işlemek doğru yol olmadığını vurguluyor. Bu, Beehive’ın tek yönlü yolculuklar için küçük motorlara odaklanmasının AM ile iyi eşleşmesinin bir başka nedeni: bu motorlar binlerce saat uçan motorlar kadar yüksek verimlilik gerektirmiyor. Bu uygulama için AM’den elde edilen kazançlar etkileyici:
“Günün sonunda, motorumuzu geleneksel bir alternatife kıyasladığımızda %20-30 daha verimli,” diyor Follin.
Zorluklar ve Çin sorusu
Beehive Industries son birkaç yılda sayısız önemli dönüm noktasına ulaşarak hızlı bir büyüme kaydetti. Bu şirket için kesinlikle iyi bir şey olsa da, aynı zamanda yeni zorluklar da yaratıyor; bunların en önemlisi ölçeklendirme. İnsanlardan tesislere, üretim hızlarına kadar, büyüyen bir işin sorunsuz bir şekilde ölçeklenebilmesi gerekir, aksi takdirde bürokrasi ve teknik borç içinde boğulabilir. Beehive’ın bu konuda hazırlıklı olmasının bir yolu, Follin’in “üretim gösterileri” dediği, bir iki hafta içinde çok sayıda motor basma pratiği yaparak planlı üretim artışına hazırlanmasıydı.
Ve şimdi gerçek ölçekleme başlıyor: Beehive bu yıl yüzlerce motor, 2027’de birkaç bin ve bir yıl sonra belki de 10 000 motor üretmeyi hedefliyor. “Şu anda günde birden fazla mühendis sevkiyatı yapıyoruz,” diyor Follin.
İnsan kaynakları açısından, Beehive Industries mühendisleri mezun olmuş yeni mezunlar yerine sektör deneyimi olanları arıyor. “Genel olarak, işe aldığımız kişiler eklemeli imalat, jet motorları ya da her ikisinde çok güçlüdür,” diye açıklıyor Follin. Bu da yeteneği sadece havacılıktan değil, uzay endüstrisinden, endüstriyel gaz türbinlerinden ve eklemeli uzmanlığı besleyen diğer alanlardan çekmek anlamına geliyor. “Eklemeli ile üretim ve mühendislik arasındaki çizgi temelde sıfırdır,” diyor Follin. Bu yüzden şirket tasarım incelemelerinde torna ustalarını da dahil ediyor; böylece gerçekte üretilemeyecek parçalar tasarlama tuzağına düşmekten kaçınıyor.
Son sorum Çin’le ilgiliydi. Uzun süredir bir teorim var ki savunmada AM’nin büyümesi en azından kısmen, BLT gibi Çinli eklemeli OEM’lerin rekabet baskısı tarafından yönlendiriliyor. Follin’e doğrudan Beehive Industries’ın bir BLT ya da Farsoon yazıcısı kullanmayı düşünüp düşünmeyeceğini sordum ve yanıtı kesin oldu:
“Bizim için soru, yazıcının teknik yeteneği değil, veri güvenliği. Askeri uygulamalar üzerinde çalışıyoruz, bu yüzden bileşenleri ABD ya da müttefik ülkelerden temin etmeye devam edeceğiz. Birinin yazıcınızı servise götürürken bilgi sızdırma yolları var, bu yüzden çok dikkatliyiz. Şu anda Çinli yazıcıları düşünmeyeceğiz, çünkü üzerinde çalıştığımız şey bu. Mücevher basıyorsak belki olur, ama biz değiliz. Uygulama süreçimizi şekillendiriyor.”
Savunma için AM doğru yapılıyor
Savunma için AM’nin neler yapabileceğine dair daha iyi bir örnek hayal etmek zor. Tasarım sürecinden ürünlerine, üretim yaklaşımına kadar, DNA’sında 3D baskı kodlu bir şirket. Gerçekten de, Beehive Industries’ın şu anki biçimde var olamayacağını eklemeli teknolojilerin sağladığı imkanlar olmadan söyleyebilirim. Savunma sektöründeki üretimin geleceğinin genel olarak nasıl göründüğünü merak ediyorsanız, işte bu.
The post This is how you do AM for defense appeared first on Engineering.com.