China acelera la Manufactura Aditiva de piezas para misiles

China Aerospace Science and Industry Corp. (CASIC), el mayor fabricante de misiles de China, está aprovechando la tecnología de fabricación aditiva (AM) para acelerar el diseño y la producción de misiles de crucero.

Esto no tiene nada de extraño pues la fabricación tradicional de cada pieza metálica de un misil representa un coste y plazo de entrega muy elevados porque implica una sucesión de procesos de mecanizado, fundición y soldadura.

Sin embargo, las tecnologías existentes hoy día para manufactura aditiva permiten recortar los costes y tiempos necesarios para realizar cada pieza convirtiendo los meses en semanas, las semanas en días, y los días en horas.

Pero no sólo permite recortar costes y tiempos: también permite un mayor alcance gracias a que las piezas pueden ser optimizadas para manufactura aditiva, de manera tal que pesen menos pero conserven toda su resistencia mecánica.

AM para WMD: Qué si, y qué no

La fabricación aditiva (AM - Aditive Manufacturing) frecuentemente denominada con el término Impresión 3D, es una tecnología de fabricación relativamente novedosa, que se basa en la agregación de materiales capa sobre capa, de acuerdo con un modelo diseñado en 3D mediante un ordenador provisto del software adecuado.

Este novedoso método productivo contrasta en gran medida con el método convencional, basado en la retirada de material a partir de un bloque hasta lograr el diseño final, ya que permite obtener geometrías tan complicadas que serían imposibles de obtener si no fuera mediante fabricación aditiva. Además de esa ventaja, presenta otra ventaja no menos importante como es la reducción de residuos, ya que no se basa en la retirada de material que luego va a la basura.

Desde sus inicios en la década de los 80, la fabricación aditiva ha venido avanzado de manera lenta pero constante, si bien hay que dejar muy claro que es poco probable que reemplace a los métodos de fabricación tradicionales, cuando se trata de una producción a gran escala. Ahora bien: ¿Hasta qué punto puede ser utilizado este método para la fabricación de armas de destrucción masiva (WMD - Weapons of Mass Destruction)? Esta pregunta no es ociosa en modo alguno, pues ciertos informes de expertos en la materia han concluido que la combinación de fabricación aditiva y web oscura podría favorecer un aumento del riesgo de proliferación.

Ante esta posibilidad, la primera preocupación que se plantea es que pudiera permitir a entidades no estatales la producción de este tipo de armas, gracias a la sustracción de los pertinentes ficheros 3D. Afortunadamente para todos, hay que decir que esto no es tan simple de llevar a cabo por la sencilla razón de que los materiales esenciales no están disponibles ni son aptos para la impresión 3D. Quiero decir que no es posible producir un arma nuclear, química o biológica completa conectando un ordenador a una impresora 3D y presionando el botón de inicio.

¿Quiere esto decir que estamos entonces exentos de riesgo? No y sí: En el mejor de los casos, algunos componentes de las armas podrían imprimirse en 3D y otros componentes podrían adquirirse o producirse por otros medios. Pero aun así, es necesario contar con personas que aporten un imprescindible conocimiento y experiencia en el diseño y la producción de este tipo de armas, para unir todas las piezas hasta conseguir algo que sea verdaderamente utilizable. Por tanto, merece la pena no gastar más tiempo en esta hipótesis y centrarnos en cómo la fabricación aditiva puede ser una ayuda para que las entidades estatales puedan conseguir este tipo de armas de manera más eficiente.

Armas nucleares

Consideremos en primer lugar las armas nucleares. A este respecto, sólo puedo afirmar que hoy y ahora no conozco forma alguna de imprimir con seguridad núcleos de material fisionable. Como mucho, podría ser utilizada para la fabricación de piezas con destino a centrifugadoras. Pero el núcleo fisionable, no. Hoy y ahora desde luego no.

Armas químicas

En términos de armas químicas, hoy y ahora existen ciertas tecnologías de manufactura aditiva que podrían ser utilizadas para obtener microrreactores con los que sintetizar productos químicos a muy pequeña escala, de una manera segura y eficiente. Desde luego no todos los compuestos utilizados para la fabricación de armas químicas podrían obtenerse mediante esos microrreactores, pero otros productos químicos peligrosos podrían ser obtenidos. Esto plantea un riesgo de proliferación moderado en algunas aplicaciones de armas químicas.

Armas biológicas

En el campo de las armas biológicas, la manufactura aditiva puede ser utilizada hasta cierto punto para la producción de armas biológicas, al menos como posibilidad técnica a futuro, ya que podrían utilizarse bioimpresoras para cultivar agentes biológicos. ¿Cuál es el problema hoy y ahora? Pues que las impresoras para materiales biológicos actualmente son muy caras, requieren un gran conocimiento y experiencia, y no son en modo alguno tan accesibles como el resto de impresoras.

Misiles

El área relevante para las armas de destrucción masiva que puede verse más favorecida a corto plazo por la manufactura aditiva es el de los vehículos de transporte; más concretamente, misiles. En este sentido, la manufactura aditiva ya se utiliza ampliamente en las cadenas de suministro relacionadas con la industria aeroespacial, para imprimir componentes de misiles y cohetes. ¿Qué componentes? Fundamentalmente, componentes de motores: El problema de los motores o al menos uno de sus problemas, es que cuantos más componentes forman el motor, más puntos de ruptura añadimos al motor. Sin embargo, la manufactura aditiva permite diseñar y fabricar conjuntos de una sola pieza, eliminando así -o al menos disminuyendo- los puntos de ruptura. Además, al simplificar el conjunto disminuye en gran medida el peso del motor, lo cual supone tambien un cierto ahorro de combustible y un mayor alcance, por no hablar del recorte de costes y tiempos en el proceso de fabricación. 

Manufactura Aditiva aplicada al diseño y fabricación de armas nucleares

La Manufactura Aditiva (en adelante AM por sus siglas en inglés), frecuentemente denominada como Impresión 3D, permite obtener objetos tridimensionales mediante la adición de capas de materiales a partir de un modelo informático.

Esto contrasta con la manufactura convencional o sustractiva, que permite obtener objetos tridimensionales mediante la sustracción de material, siguiendo -o no, como por ejemplo en el caso de la escultura manual- un modelo informático.

La AM reduce las complejidades de los procesos de producción a programas de software, Impresoras 3D y materiales asociados: metales, termoplásticos, fotopolímeros, y un largo etcétera. Esto ofrece una mayor flexibilidad, reduce el desperdicio en la producción y puede permitir la fabricación de algunos artículos que no es posible obtener mediante la manufactura convencional.

La AM ha avanzado constantemente y, de alguna manera, podría considerarse más una tecnología emergida que emergente. No obstante, hay que tener presente que complementa pero no sustituye a los métodos de fabricación tradicional: A cada producto, su tecnología. Sin embargo, al evaluar los riesgos de proliferación de armas nucleares que pueden venir aparejados a las tecnologías AM, es necesario considerar a quién podría beneficiar esta proliferación, y en qué medida sería posible aplicar la AM para fabricar la bomba y su vehículo de transporte.

Fabricación de una bomba nuclear 

En primer lugar, pensemos en organizaciones terroristas.

¿Es posible que la AM les permita obtener de alguna manera un arma nuclear?

La respuesta es NO, o al menos que no es tan simple: Por un lado, algunos materiales esenciales no están disponibles o no son adecuados para la Impresión 3D. Por otro lado, no es posible producir un arma nuclear de principio a fin conectando un ordenador a una Impresora 3D y presionando el botón de inicio.

En el mejor de los casos, tan sólo algunos componentes de las armas podrían imprimirse. Y aún en ese caso, faltaría conseguir el resto de componentes y saber cómo ensamblarlos. Por tanto, el número de organizaciones terroristas con capacidad de sacar beneficio de la aplicación de la AM a la fabricación de armas nucleares quedaría reducida a grupos que cuenten con el necesario conocimiento, experiencia y capacidades para diseñarlas y producirlas de una manera tan eficiente como secreta.

Considerando lo anterior, existe por tanto un riesgo riesgo extremadamente reducido de que organizaciones terroristas puedan utilizar la tecnología AM para conseguir armas nucleares.

En segundo lugar pensemos en "estados gamberros": En este caso, sí que existe un cierto riesgo de que traten de aprovechar las posibilidades inherentes a la manufactura aditiva para el desarrollo de un arma nuclear, pero sólo en la medida que cuenten con los medios humanos y técnicos para su fabricación posterior.

Fabricación de misiles capaces de portar una bomba nuclear

Hemos visto que fabricar una bomba nuclear utilizando manufactura aditiva no es tan fácil como para prestarle un minuto más.

Ahora bien, ¿Y los misiles? Ahí si que existen posibilidades dignas de considerar: La AM ya se usa ampliamente en cadenas de suministro relacionadas con la fabricación de misiles, y existen al respecto diversos casos de éxito publicados por las compañías Orbital ATK, Raytheon y Relativity Space. 

En definitiva, es posible fabricar componentes de misiles mediante AM, e incluso me atrevería a afirmar que será imperativo en la medida que el misil deba desplazarse a velocidades hipersónicas, ya que tales velocidades requieren piecerío de geometría compleja, imposibles o muy difíciles de obtener mediante la manufactura convencional.

A new approach to eliminating enclosed voids in topology optimization for additive manufacturing

Topology optimization is increasingly used in lightweight designs for Additive Manufacturing (AM).

However, conventional optimization techniques do not fully consider manufacturing constraints.

One important requirement of powder-based AM processes is that enclosed voids in the designs must be avoided in order to remove and reuse the unmelted powder.

In this work, Drs. Yulin Xiong, Song Yao, Zi-Long Zhao and Yi Min Xi propose a new approach to realizing the structural connectivity control based on the bi-directional evolutionary structural optimization technique.

This approach eliminates enclosed voids by selectively generating tunnels that connect the voids with the structural boundary during the optimization process. The developed methodology is capable of producing highly efficient structural designs which have no enclosed voids.

Furthermore, by changing the radius and the number of tunnels, competitive and diverse designs can be achieved. The effectiveness of the approach is demonstrated by two examples of three-dimensional structures. Prototypes of the obtained designs without enclosed voids have been fabricated using AM.

Read more:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860419315519?via%3Dihub

Application of Additive Manufacturing Technologies in Missile Manufacturing Industry: Strategy of India

Additive Manufacturing (AM), also popularly known as 3D Printing, is revolutionising the missile manufacturing landscape and presents huge challenges for a country’s defence capability and security.

(Read more)

Northrop Grumman: Additive Manufacturing for its new LEO Warhead for Hypersonic Missiles

In late March this year at the EMPI Test Facility in Burnet, Texas, Northrop Grumman, using Internal Research and Development (IRAD) funding, demonstrated its new LEO warhead for the first time to customers competing for the DoD hypersonic weapons contracts. This new warhead development marked the first time that the company had made some of its specific warhead components -including the fragmenting inner body- using Additive Manufacturing (AM).

This 50 lb-class warhead has been designed to equip future US air-to-surface and surface-to-surface hypersonic weapons to defeat a broader range of target sets, from ground forces to light/medium vehicles and aircraft.  The new warhead leverages the company's Lethality Enhanced Ordnance (LEO) technology: a scalable fragmentation/penetration warhead solution developed by Northrop Grumman in response to a US Department of Defense (DoD) requirement that by 2019 cluster munitions containing submunitions do not result in more than 1% Unexploded Ordnance (UXO) after arming. Unlike submunitions, LEO technology uses a thinned out shell casing supplemented with an inner fragmentation layer that can be scaled according to the required target set. Northrop Grumman said that in a series of warhead tests with LEO technology achieved the army's stated requirements for area effectiveness, and left behind no UXO.

Masten Space Systems Selected for NASA SBIR Phase 1 Award

Masten Space Systems of Mojave will pursue a project designed to better use Additive Manufacturing (AM) in the production of rocket engines with the help of NASA funding.

(Read more)

AM-fueled missile proliferation: ¿How to address this threat?

Current exports-control regulations are not prepared to stop Additive Manufacturing (AM) from fueling arms proliferation in the near future: Their spectrum only captures a fraction of the critical equipment and digital data needed to manufacture arms with an AM console, because dual use goods, which they are, generally escape stricter export-controls. 

AM allows creating complex single-pieced shapes that cannot be achieved with subtractive methods, thus limiting the number of needed fixations and with it, the risk of failure. But their most critical feature in this case is that most AM technologies require only a digital model of the desired object, a “build-file” in the form of electronic data, in order to manufacture it almost instantly.

This means that, in theory, the owner of an AM console can manufacture virtually any object, including weapons and other “products that are subject to dual-use and arms exports control”, provided he owns the necessary build-files. And the problem is these build-files are of course extremely easy to transfer by electronic means, like e-mail or FTP for example. This is why AM poses such a challenge to existing exports-control regimes, because it has the potential to enable export control circumvention and contribute to illicit weapon programs.

Initiatives are definitely building up and SIPRI (Stockholm International Peace Research Institute) researchers strongly suggest to start by amending export control regimes so that they can include AM consoles and the equipment they require, especially laser beams and feedstock materials. Pointing out some obvious flaws in existing exports-control regimes, the SIPRI researchers find that when it comes to controlling transfers of missile production equipment, for example, the international Missile Technology Control Regime (MTCR) only limits sales of equipment whose exclusive function is to produce missile systems. Dual-use equipment, such as AM consoles, do not fall under this regulation. Identical issues also affect the transfer of the raw-materials used by the machines. However, the researchers also notice that the overall literature surrounding export controls is progressively opening to the inclusion of dual-use goods in their spectrum to address AM-fueled missile proliferation.

Additive Manufacturing for the US Navy’s Fleet Ballistic Missile program

With many of the companies that are designing and manufacturing weapons for the military using more and more Additive Manufacturing (AM) systems in their workflow, it was only a matter of time until 3D printed components made their way into arms and weapons.

Of course all we know that NASA and the US military have used 3D printed components to successfully test advanced prototype airplanes, spacecraft and even ground vehicles... But there aren't many more mission- and life-critical systems than a submarined nuclear ballistic missile.

This week, for the first time, a 3D printed component was used in a test flight for the new, high-tech upgrade to the US Navy’s Fleet Ballistic Missile program.  The component was designed and fabricated entirely using 3D design and 3D printing, a process that allowed Lockheed Martin engineers to produce the part in half the time it would take traditional methods.

(Read more)