3D-Druck: Schiffsschraube nähert sich der Vollendung

Ein Prototyp einer klassifizierten Schiffsschraube wurde mit 3D-Druckverfahren gefertigt. Die Schraube namens WAAMpeller mit einem Durchmesser von 1‘350 mm ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit der Unternehmen Damen Shipyards Group, RAMLAB, Promarin, Autodesk und Bureau Veritas.

Der WAAMpeller wurde aus einer Nickel-Aluminium-Bronze-Legierung  (NAB) bei RAMLAB (Rotterdam Additive Manufacturing LAB) im Hafen von Rotterdam gefertigt. Als Fertigungsverfahren kam das Wire Arc Additive Manufacturing mit einem System von Valk Welding und Autodesk-Software zur Anwendung (WAAM). Die Struktur mit drei Blättern basiert auf einem Entwurf von Promarin, der für den Schlepper Stan Tug 1606 von Damen eingesetzt wird. Der WAAMpeller wird nach der Fertigstellung des Prototypen schließlich in der Advanced Manufacturing Facility von Autodesk in Birmingham CNC-gefräst.

Der Prototyp der 3D-gedruckten Schiffschraube ist das Ergebnis einer steilen Lernkurve, was das Verständnis der Materialeigenschaften betrifft. Kees Custers, Project Engineer in der Entwicklungsabteilung von Damen, erklärt: „Das liegt daran, dass 3D-gedruckte Materialien Schicht für Schicht aufgebaut sind. Deshalb weisen sie unterschiedliche physikalische Eigenschaften in unterschiedlichen Richtungen auf, eine Eigenschaft, die als Anisotropie bekannt ist. Stahl oder gegossene Werkstoffe sind andererseits isotropisch, sie haben in allen Richtungen dieselben Eigenschaften.“

Herausforderung: Anisotropes Materialverhalten

Wegen dieses wichtigen Unterschieds mussten im ersten Schritt ausgiebige Tests der Materialeigenschaften gefahren werden, um den Standards von Bureau Veritas zu entsprechen. Dazu gehörte der Druck von zwei geraden Wänden aus dem Werkstoff und  anschließend daran die Fertigung von Mustern für die Labortests der Zugbelastbarkeit und der statischen Festigkeit.

Der WAAMpeller soll auch einen neuen Standard setzen, was die 3D-Druck-Produktionsverfahren betrifft. Die Herausforderung habe darin bestanden, eine 3D-CAD-Datei am Rechner in ein physisches Produkt zu übertragen. Das sei noch einmal komplizierter geworden durch die doppelt gekrümmte geometrische Form mit einigen heiklen Überhängen, erklärt Custers.

Yannick Eberhard, der in der Entwicklungsabteilung von Promarin arbeitet, fügt hinzu, dass der Wechsel von einem halbautomatischen hin zu einem robotischen Prozess ein solides Fundament sogar für noch komplexere und verlässliche zukünftige Designs von Schiffsschrauben bilde.

Großes Potenzial

Wei Ya, Wissenschaftler von der University of Twente bei RAMLAB sagt: „Die Charakterisierung des Materials und das mechanische Testen waren ein wichtiger Bestandteil des Projekts. Wir müssen dafür sorgen, dass die Materialeigenschaften den Anforderungen des Einsatzes entsprechen. Die Belastbarkeit beispielsweise, damit die Schraube einen heftigen Aufprall ohne Schaden übersteht.“ Außerdem habe man versucht, die Produktionsstrategie für den 3D-Metallauftrag zu optimieren. Dazu gehörten die Größe und Gestalt der Metallperlen und das Tempo des Materialauftrages.

Klassifizierung

Der Prototyp des WAAMpellers dient der Vorführung, und ein zweites Exemplar ist schon in Planung. Mit der Klassifizierung im Laufe des Monats soll die Fertigung der zweiten Schiffsschraube anlaufen, wobei die zuletzt gewonnenen Erfahrungen mit einfließen sollen. Diese Schraube soll noch in diesem Jahr an einem der Schlepper zum Einsatz kommen.

Bild: WAAMpeller mit einem Durchmesser von 1‘350 mm.

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