TNO werkt samen met het ministerie van Defensie en buitenlandse overheden aan de verbetering van bereik, nauwkeurigheid en effect van munitie. Dat gebeurt door gebruik te maken van de eigenschappen van 3D-printertechnologie.
TNO
De oorlog in Oekraïne bevestigde het al: er is een groot tekort aan munitie in de wereld. Ingrediënten voor munitie zijn schaars, zoals een materiaal als het alom bekende TNT. Oorzaken hiervoor zijn geopolitieke ontwikkelingen, milieuregelgeving en consolidatie van industrie. Door jaren van bezuinigingen is de defensie-industrie van een groot aantal bedrijven naar een klein aantal monopolisten gegaan. ‘Die laatste willen alleen de dingen doen waar ze veilig een grote marge op kunnen maken. Daarom worden een hoop chemische stoffen die we nodig hebben op dit moment niet gemaakt’, zegt Senior Business Developer Joost van Lingen van TNO. ‘De traditionele productie van munitie is aan het eind van haar ontwikkelingscyclus. De bestaande productiemethoden dateren uit de Tweede Wereldoorlog en geven weinig ruimte voor verdere ontwikkeling.’
Brandsnelheden
In 2013 startte TNO met onderzoek naar 3D-printertechnologie als nieuwe productiemethode voor energetische materialen, zoals stuwstoffen voor wapens, raketten en explosieven. Tegelijkertijd is er onderzoek gedaan naar de verbeteringen naar de energetische materialen met als doel deze geschikt te maken om te verwerken met 3D-printtechnologie.
Het grote voordeel van 3D-printer technologie is dat het complexe vormen van gradiënten kan printen. Die gradiënten bestaan uit meerdere lagen van verschillende energetische materialen die elk hun eigen brandsnelheid hebben. ‘Bij de traditionele artilleriewapens verbrandt het kruit wat tot drukopbouw achter het projectiel leidt en het projectiel uit de loop duwt. De sterkte van de loop bepaalt het maximum van de druk dat niet mag worden overschreden. Bij het gebruik van de klassieke kruitkorrelgeometrie zal het maximum van deze druk maar gedurende een fractie van de tijd worden behaald. Als je het brandgedrag van je kruitkorrels kunt aanpassen, kun je de druk over een langere tijd maximaal maken en zo het projectiel met meer kracht wegschieten of je kunt ervoor kiezen om de druk te verlagen zodat de loop minder snel slijt. Op dezelfde manier kun je raketmotoren inrichten. Raketten hebben in veel gevallen een vaste snelheid. Door diverse brandsnelheden in het materiaal te gebruiken, kun je in een laatste aanvalsfase de raket laten versnellen of juist extreem vertragen. Door de onvoorspelbaarheid zijn deze raketten moeilijker te verdedigen voor het traditionele luchtafweergeschut.’
Midden en groot kaliber
De technologie richt zich op de midden en groot kaliber wapensystemen van 20mm tot 155 mm, maar ook op mortieren en raketten. TNO loopt wereldwijd voorop met deze technologie. ‘Wij houden ons al zeventig jaar bezig met energetische materialen en de laatste 25 jaar met printertechnologie. Onze kracht zit in de bundeling van deze kennis.’ In 2022 zette het kennisinstituut stappen door samen met studenten twee printtechnieken bij elkaar te brengen, waardoor hoge energetische materialen in hoge resolutie worden geprint. ‘Dat zorgt voor nog betere prestaties van de munitie.’
Performance
En dat is waar TNO zich op richt: het optimaliseren van de performance van de gradiënten in energetische materialen. TNO wordt al door het ministeries van defensie en bedrijven in de defensie-industrie ingeschakeld om pyrotechnische stoffen verder door te ontwikkelen. ‘In afgelopen twintig jaar was de focus wereldwijd op het veiliger maken van munitie. Hierdoor kwam de performance in de verdrukking. De inzet van 3D-printtechnologie is een stap in de richting van een hogere performance.’ In landen als de Verenigde Staten experimenteren overheden al met 3D-printtechnologie, maar het is nog wachten op de industrie. ‘Bedrijven moeten een kwalificatieproces opstarten, om de veiligheid van munitie te garanderen. De NATO heeft dit voor elk wapensysteem gedefinieerd en dat proces kost miljoenen.’