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Maritime 3D-Druck-Projekte auf hoher See unterwegs

Am 28. April 2022 von Moritz M. veröffentlicht

Die additive Fertigung erleichtert nicht nur die Eroberung des Weltraums, sondern ist auch in unseren Ozeanen zu finden! Ob Schiffspropeller aus dem 3D-Drucker, Ersatzteile für U-Boote oder Metallkiele – die Anwendungen des 3D-Drucks in der Schifffahrt sind vielfältig. Einige Schiffe werden sogar mit 3D-Druckern ausgestattet, damit ihre Besatzung schnell und auf Abruf Bauteile entwerfen kann – und das alles mitten auf dem Ozean. Wir möchten Ihnen heute einige Projekte vorstellen, die auf 3D-Technologien setzen, um ihre Lösungen für die maritime Industrie im weitesten Sinne zu entwickeln – wir haben absichtlich keine Schiffe aus dem 3D-Drucker.

Top 1: US-Marine setzt bei U-Boot-Ersatzteilen auf 3D-Druck

Sie haben sicher schon gehört, dass eine der wichtigsten Anwendungen der additiven Fertigung die Herstellung von Ersatzteilen ist. Und die US-Marine sieht durchaus die Vorteile der Technologie für diesen Zweck. Bereits im Februar 2022 kündigte die Marine an, dass sie zur Entlastung ihrer Lieferkette Zulieferer, die mit der Nachfrage nicht Schritt halten konnten, mit 3D-Druckunternehmen zusammenbringen würde, um Teile für ihr U-Boot-Programm der Columbia-Klasse für ballistische Raketen herzustellen. Derzeit konzentriert sich das Unternehmen auf den Einsatz von AM für Guss-, Schmiede- und Beschlagteile, da die Nachfrage stark zurückgegangen ist.

Das Angriffs-U-Boot Chicago wird repariert (Bild: Dave Amodo/U.S. Navy)

Top 2: U-Boot für die Arktis

Das kanadische Unternehmen International Submarine Engineering (ISE) verwendet das Elektronenstrahl-Schmelzen von Sciaky, um damit einen Balasttank aus Titanium zu fertigen. Hierdurch werden sowohl Zeit als auch Geld eingespart. Nun benötigt die Herstellung anstatt 16 Wochen nur noch 8 Wochen. Dieser Tank ist Teil eines autonomen Unterwasserfahrzeuges, das in der Artiks eingesetzt wird, um den Meeresgrund in der Arktis unterhalb der Eisdecke zu vermessen. Der Ballasttank hält das Fahrzeug unter dem Eis und unter Wasser. „Sciaky ist stolz darauf, ISE dabei zu helfen, die Produktionszeit um 50 Prozent  und die Herstellungskosten durch den 3D-Druck mit Titan zu senken“, sagte der Vizepräsident der Marketingabteilung von Sciaky Inc., Bob Philipps.

Top 3: Kettenhemd zum Schutz von Booten

Das Kettenhemd war Jahrhunderte lang ein wesentlicher Bestandteil der Ritter und Krieger des Mittelalters. Diese Idee hat nun die NASA erneut aufgegriffen und ein Material 3D-gedruckt, das sowohl im Weltall als auch in der Schifffahrt eingesetzt werden kann. Die eine Seite des Materials reflektiert Licht und sorgt, dafür dass es sich nicht aufwärmt, während die andere Seite Wärme aufnimmt. Neben dem Einsatz im All und auf sonstigen Missionen, kann das Material auch zur Beschichtung und somit zum Schutz von Booten eingesetzt werden, um diese unterschiedlichen klimatischen Bedingungen auszusetzen.

Maritime Anwendungen des 3D-Drucks

Bild via NASA

Top 4: Kongsberg Ferrotech und die maritime Nutzung des 3D-Drucks

Im Jahr 2014 begann die Reise des norwegischen Unternehmens ​​Kongsberg Ferrotech. Zum gemeinsam Ziel hatte man es sich bereits damals gemacht, dass man die Inspektion, Wartung und Reparatur unter Wasser neu definieren und innovieren möchte. Damit dieses Ziel auch umgesetzt werden konnte, setzt man bei Kongsberg Ferrotech auf die additive Fertigung, um somit beispielsweise Unterwasser-Pipelines, Windturbinen auf dem offenem Meer oder auch Energiekabel in den Tiefen des Meeres instandhalten oder bauen zu können. Kongsberg Ferrotech gestaltet somit den gesamten Inspektions- und Reparaturprozess nicht nur schneller und einfacher, sondern gibt an, dass durch die fortschrittliche Unterwasser-Robotik auch um 30 bis 50 % der Kosten gesenkt werden können. 

Bild: Kongsberg Ferrotech

Top 5: Wilhelmsen-Konsortium im Auftrag des Hafens von Singapore

Für ein 3D-Druck-Projekt für die maritime Industrie hat das Maritime and Port Authority of Singapore (MPA) das Wilhelmsen-Konsortium ausgewählt, um dieses umzusetzen. Zu dem Wilhelm-Konsortium gehören namhafte Unternehmen aus dem Bereich der additiven Fertigung wie beispielsweise Kawasaki Heavy Industries, Wartsila, Hamworthy Pumps und DNV GL. Dieses Projekt ist eines von insgesamt elf Projekten, die von der MPA mit einer Summe von rund 1,63 Millionen Dollar gefördert wird und zielt konkret gesagt darauf hab, die sichere Betriebszeit von Schiffen zu maximieren und die Verfügbarkeit von Ersatzteilen in Notfällen zu erhöhen. 

Bild: MPA

Top 6: AM und die Schiffbauindustrie

Da die Sicherheit von Leben und Eigentum auf See von anderen Kriterien abhängt als in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie, müssen völlig neue Normen und Regeln definiert werden, um diese Anforderungen zu erfüllen. Deshalb stellt die norwegische Klassifikationsgesellschaft DNV sicher, dass die Prozesse, Materialien und Ausrüstungen, die zur Herstellung kritischer Schiffskomponenten verwendet werden, die geltenden Klassenanforderungen erfüllen. So hat DNV vor kurzem eine Prüfbescheinigung für einen Schiffspropeller mit einem Durchmesser von zwei Metern ausgestellt, der von SY Metal in Südkorea in einem AM-Verfahren hergestellt wurde. Darüber hinaus wirft DNV auch einen genaueren Blick auf die verschiedenen Produktionsprozesse, wie Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), Powder Bed Fusion (PBF) oder Blown Powder Technology (BPT), führt Tests durch und legt Standards fest, um eine sichere Nutzung der additiven Fertigung zu gewährleisten.

Bild: DNV

Top 7: MX3D stellt mit WAAM einen Bootskiel aus Aluminium her

Der Hersteller von 3D-Metalldrucklösungen MX3D hat sich kürzlich mit dem niederländischen Custom Yacht Builder KM Yachtbuilders zusammengetan, um einen 3D-gedruckten Aluminiumkiel zu entwerfen. Das vollständig nach Kundenwunsch gefertigte Teil ist ein perfektes Beispiel für die Möglichkeiten der WAAM-Technologie (Wire Arc Additive Manufacturing). Da erfahrene Schweißer immer seltener werden und herkömmliche Methoden keine kundenspezifischen Anpassungen zulassen, wird die Nachfrage nach AM in der maritimen Industrie immer deutlicher. Neben dem 3D-gedruckten Bootskiel wollen die beiden niederländischen Partner bald auch andere Ersatzteile für alle Arten von Booten sowie fertige Teile 3D-drucken können.

Bild: MX3D

Top 8: 3D-Druck liefert die für Tiefseemissionen erforderlichen Eigenschaften

Eine weitere Anwendung der additiven Fertigung ist die Herstellung von Unterwasserausrüstungen, und eines der Unternehmen der Meerestechnik, das sich diese Technik zunutze gemacht hat, ist ecoSUB Robotics. Das Unternehmen ist besonders daran interessiert, Projekte zu erschwinglichen Preisen zu entwickeln, die in der Lage sind, Tiefseeüberwachungsmissionen durchzuführen, und die den Bedürfnissen sowohl von kommerziellen als auch von militärischen Kunden entsprechen. Um dies zu erreichen, haben sie sich bei der Herstellung von Prototypen und Bauteilen für den 3D-Druck entschieden, da dies eine Alternative ist, mit der sie bei der Herstellung ihrer Teile große Einsparungen erzielen können, ohne dass die Qualität ihrer Produkte darunter leidet. Wenn der 3D-Druck dazu beiträgt, die Herstellung dieser Fahrzeuge zu vereinfachen, könnte er für die Menschen in einer Vielzahl von Meeresbranchen einen entscheidenden Vorteil darstellen.

Bild: ecoSUB

Top 9: ThyssenKrupps 3D-gedruckte Teile für den maritimen Bereich

Das speziell auf den maritimen Bereich spezialisierte Unternehmen DNV GL hat ThyssenKrupp die Zulassung für seine 3D-gedruckten Metallteile erteilt. Mit dieser Zulassung ist ThyssenKrupp das erste Unternehmen weltweit, das eine solche Zertifizierung erhalten hat. Was bedeutet das? Das bedeutet, dass die Herstellung von Bauteilen mit Hilfe der additiven Fertigung das gleiche Qualitätsniveau hat wie konventionell gefertigte Teile und die strengen Anforderungen erfüllt. Diese Leistung wäre jedoch ohne die Hilfe von EOS, einem namhaften Partner des Unternehmens und Lieferanten von 3D-Druckern für die Thyssenkrupp TechCenters, nicht möglich gewesen. Gemeinsam bieten sie innovative Lösungen für U-Boote und Schiffe und setzen damit neue Maßstäbe für die Marine der Zukunft.

Bild: ThyssenKrupp

Top 10: Metalllegierungen für maritime Anwendungen

Der Hersteller 3D Systems hat mit der Abteilung Newport News Shipbuilding von Huntington Ingalls Industries zusammengearbeitet, um neue 3D-gedruckte Metallmaterialien für die maritime Industrie anzubieten. Konkret entwickeln sie Kupfer-Nickel- (CuNi) und Nickel-Kupfer- (NiCu) Legierungen für die Pulverbettschmelztechnologie. Die Zusammenarbeit der beiden Unternehmen ist besonders für maritime Anwendungen interessant, da diese Legierungen korrosionsbeständig sind. Darüber hinaus wird der Einsatz der additiven Fertigung bei der Herstellung von Teilen es dem Geschäftsbereich ermöglichen, die Vorlaufzeiten in der Lieferkette um 75 % zu verkürzen. 3D Systems wird an der Auswahl der Legierungszusammensetzung, der Gestaltung der Prozessparameter und der Qualifizierung der Teile beteiligt sein. Die Legierungen und die 3D-Technologie werden zur Herstellung von Ersatzteilen für Gussteile bis hin zu Ventilen, Gehäusen und Halterungen verwendet.

Bild: 3D Systems

Top 11: Ein Propeller aus dem 3D-Drucker

Bereits 2017 gelang es dem 3D-Drucklabor Rotterdam’s Additive Manufacturing Fiedlab (RAMLAB) im Hafen von Rotterdam, einen Prototypen eines Schiffspropellers mit einem Durchmesser von 1350 mm zu entwerfen. Und die Fortschritte beim Drucken von Propellern gehen immer weiter. Anfang 2021 stellte die Naval Group einen Propeller für das Minenjagdschiff Andromeda vor. Der Propeller mit einer Spannweite von 2,5 Metern wurde mithilfe der WAAM-Technologie hergestellt. Der 3D-gedruckte Propeller besteht aus fünf Blättern mit einem Gewicht von jeweils 200 kg. Er verfügt über die gleichen oder sogar bessere Eigenschaften wie herkömmliche Propeller und wurde schneller und mit weniger Material hergestellt.

Bild: NAVAL Group

Top 12: Umweltfreundlichere Boote dank 3D-Druck

Anfang des Jahres erbrachten Thomas Dahmen, ein junger Forscher an der Technischen Universität Dänemark, eine Einspritzdüse aus dem 3D-Drucker. Mithilfe der QFD-Matrix (Quality Function Deployment), einer Analysemethode zur Bewertung der potenziellen Vorteile der additiven Fertigung, fand Thomas Dahmen eine Lösung zur Verbesserung von Einspritzdüsen. Als wichtiges Bauteil von Schiffsmotoren, das den Kraftstoff in den Motor einspritzen soll, spielt dieses Teil eine entscheidende Rolle für den Kraftstoffverbrauch und damit für die Haltbarkeit eines Motors. Mithilfe von 3D-Modellierung und -Druck fand er heraus, dass der Kraftstoff effizienter fließt, wenn die Düse gekrümmt ist, was zu einer besseren Verbrennung führt.

Nachhaltigkeit ist ein zentrales Thema in der Schifffahrtsindustrie. (Bild: DTU)

Top 13: 3D-gedruckte Ersatzteile stechen in See

Sobald ein Schiff in See sticht, kann es sehr weit von einer Küste entfernt sein, an der es im Falle von Problemen anlegen kann. Das kann extrem gefährlich sein, wenn wichtige Teile des Schiffes ersetzt werden müssen. Hier kommt der 3D-Druck ins Spiel. Immer mehr Länder prüfen die Möglichkeit, additive Fertigung auf See einzusetzen, um fehlende oder kaputte Teile zu ersetzen und so die Sicherheit der Besatzung zu gewährleisten, egal wo sie sich befindet. Letztes Jahr kündigte die Naval Postgraduate School in Kalifornien an, dass sie mit Xerox zusammenarbeiten würde, um die Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks zu erforschen, einschließlich der Herstellung von Teilen fernab der Küste. Obwohl dieses Projekt noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es auch schon Erfolgsgeschichten. So wurde der französische Flugzeugträger Charles de Gaulle im Jahr 2019 mit einem FDM-3D-Drucker ausgestattet, damit die Seeleute während ihres Einsatzes Alltagsgegenstände herstellen können.

Top 14: AMAZEA

Zum Schluss möchten wir Ihnen noch ein erfrischendes Projekt vorstellen: Es handelt sich um einen Unterwasser-Scooter, mit dem man unter Wasser fahren kann. Er heißt AMAZEA und wurde von der Firma JAMADE Germany mithilfe des großformatigen 3D-Drucks entwickelt. 75 % der Teile des Scooters werden auf einer BigRep-Maschine in 3D gedruckt. So kann das Unternehmen ein Produkt anbieten, das sich in Größe und Farbe individuell anpassen lässt. AMAZEA ist mit einem Elektromotor ausgestattet, der unter Wasser eine Geschwindigkeit von 20 km/h erreicht und bis zu 18 Meter tief tauchen kann. Sind Sie also bereit, den Meeresgrund zu erforschen?

Bild: AMAZEA

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