Additiv produksjon av prototyper og reservedeler i felt : forsøk under Cold Response 2016

Abstract

Utviklingen av additiv produksjonsteknologi, eller 3D-printing, begynte på 1980-tallet. Siden den tid har teknologien primært blitt benyttet innen prototyputvikling. Etterhvert som teknologien har blitt mer moden og utbredt har også andre anvendelser kommet til syne. Det er for eksempel mulig å bruke teknologien for serieproduksjon av enkelte komponenter. Teknologien gjør det dessuten mulig å produsere komponenter med komplekse geometrier, noe som åpner for en rekke nye produkter. Denne rapporten beskriver et annet interessant aspekt ved denne teknologien; nemlig at produksjonen kan foregå nær brukeren. Andre produksjonsformer er normalt sentraliserte, mens denne teknologien åpner for en distribuert produksjon. I forsvarssammenheng betyr dette at produksjon av reservedeler, prototyper, reparasjoner og annet kan foregå ute i felt, nær soldatene, under øvelser og i operasjoner. For å kunne produsere reservedeler og prototyper i felt, har FFI utviklet en konseptuell mobil løsning bestående av ulike 3D-printere og annet verktøy. Den mobile løsningen er basert på en 20-fots kontainer. Det er fornuftig å benytte en standard kontainer som basis da det finnes en rekke egnede transportmidler for disse i Forsvaret. Uttestingen av løsningen ble gjennomført i løpet av to uker i mars 2016 under vinterøvelsen Cold Response. Fem aspekter av additiv produksjonsteknologi i felt har vært undersøkt: (1) utvikling av prototyper i samarbeid med brukeren, (2) produksjon av reservedeler under operasjoner, (3) 3D-modellering og printing av taktisk mål, (4) generelle tekniske utfordringer forbundet med additiv produksjon i krevende miljøer, og (5) konseptuell utvikling i samarbeid med brukeren. Feltforsøket viste først og fremst at additiv produksjonsteknologi har stor verdi som prototypverktøy. I samarbeid med Forsvarets spesialstyrker ble det utviklet og produsert 32 ulike prototyper og deletilpasninger i løpet av de to ukene, og samarbeidet med operatørene var meget godt. 3Dmodellering av ulike taktiske mål ble gjennomført ved hjelp av bilder fra ubemannede helikoptre. Slike modeller lar seg skrive ut med dagens printerteknologi og vil være nyttige i planleggingen av operasjoner. Produksjon av reservedeler i felt er sannsynligvis det området hvor additiv produksjonsteknologi vil ha størst betydning for Forsvaret, både operasjonelt og økonomisk. Teknologien gjør det mulig å redusere lagerbehov og transportkostnader og vil gi operatører og vedlikeholdspersonell langt større tilgang på deler enn hva som er mulig med dagens forsyningskjede. Feltforsøket viste at det allerede i dag er mulig å produsere enkelte reservedeler i felt. Utvikling innen materialer og printerteknologi sammen med en større satsning på dette området vil kunne gjøre det mulig med en digital forsyningskjede i fremtiden. Dette forutsetter juridiske avklaringer om kopiering og lisensiering av deleproduksjon. I tillegg må selve produksjonsprosessen kvalitetssikres.

Additive Manufacturing (AM) was developed during the 1980s and has primarily been a tool for rapid prototyping. However, other applications have recently emerged. For example, mass production of specialty components using additive manufacturing is becoming a reality. Furthermore, since complexity comes for free with AM, new and innovative designs and products are appearing. This report describes a further advantage with AM; it is now possible to produce parts distributed, close to the consumer, as opposed to other production techniques that rely on centralized manufacturing. For the Armed Forces, this means that prototypes and spare parts can be produced in field, during an exercise or a in a combat environment. FFI has produced a conceptual and mobile solution for in-field AM production. This solution is based on a standard 20-feet shipping container. Such containers are easy to transport and handle. A two week trial was conducted during the main winter exercise Cold Response 2016. Five aspects of in-field AM were studied: (1) prototype development in collaboration with soldiers, (2) spare parts production, (3) 3D-modelling and printing of a tactical target, (4) various technical challenges related to AM in field-environments, and (5) conceptual development. One of the main conclusions from the field trial was that AM is an excellent prototyping tool. In collaboration with the Norwegian Special Forces (NORSOF), 32 different prototypes were designed and produced. The collaboration with NORSOF was excellent and many creative ideas were discussed. We carried out 3D-modeling of different tactical targets. Some of these models were printed out. This is a possible useful tool during operational planning. The greatest potential of AM is probably within the spare parts supply chain, both operationally and economically. AM can reduce the inventory and transport needs, and it can provide a vast number of possible spare parts for operators and maintenance personnel. The field trial demonstrated that it is in fact possible to produce spare parts in-field with AM today. There are some technical challenges related to material quality and versatility, as well as some intellectual property challenges concerning copying and producing parts in-field. In addition, quality control of the production process is an area that must be examined further.