FuE-Projekte

Das MN3D-Netzwerk wird durch die spezifischen FuE-Projekte und den projektübergreifenden Austausch zum Wissen und zur Innovationskraft der beteiligten KMU beitragen. Die Netzwerkpartner etablieren sich somit in einem Markt für additive Fertigung, auf dem bisher nur wenige geeignete Produkte und Lösungen für die maritime Branche angeboten werden.

Das MN3D-Netzwerk hat bereits zwei Umsetzungsprojekte gestartet.

Das erste Projekt des MN3D-Netzwerks, welches durch das MN3D-Mitglied HAW Hamburg als Förderprojekt entwickelt und beantragt wird, behandelt die Thematik der Qualifizierung von additiv gefertigten Bauteilen. Gemeinsam mit einem weiteren Mitglied aus dem MN3D-Netzwerk und einem externen Hamburger Partner hat das Projekt die Entwicklung eines entsprechenden Monitoringsystems zum Ziel. Da die Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen variieren können, ist eine Qualitätskontrolle notwendig. Diese ist nach aktuellem Stand der Technik aufwendig und macht die Produkte deutlich teurer, da Bauteile in der Regel mehrfach gedruckt werden müssen und die Qualität durch Belastungsproben des Bauteils getestet wird. Diese Qualitätsprüfung erfolgt meist nicht zerstörungsfrei. Das beabsichtigte, zu entwickelnde System zielt auf eine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle ab.

Und noch ein weiteres MN3D-Großprojekt ist, unter Federführung des MN3D-Mitglieds Fraunhofer IAPT, in der Planung. Im Rahmen dieses Projektes sollen hybride Strukturen aus additiv und konventionell gefertigten Teilelementen, für die im maritimen Bereich typischen Großstrukturen entwickelt werden Bisher ist die additive Fertigung, abhängig von der Bauteilgüte und des Verfahrens, in Bezug auf die Größen der Bauteile sehr limitiert (je nach Verfahren). Des Weiteren sollen in diesem Projekt zusätzliche Bauteilfunktionalitäten integriert werden. Derzeit laufen hierzu Gespräche mit einer der renommiertesten und innovativsten deutschen Werften. Sollten die Gespräche und Planungen weiterhin positiv verlaufen, besteht die Möglichkeit, ein großes Projekt mit Industriebeteiligung entstehen zu lassen.

Weitere Projektansätze zu folgenden Themenfeldern werden aktuell im Netzwerk verfolgt:

Oberflächenbeschaffenheit

Derzeit müssen metallische Bauteile nach dem additiven Fertigungsprozess aufgrund ihrer relativ rauen Oberflächenbeschaffenheit nachbearbeitet werden. Diese Nachbearbeitung ist zeitaufwendig, teuer und zumeist technisch anspruchsvoll. In dem Themenfeld werden FuE-Projekte entwickelt, die sich mit den Anforderungen an Oberflächen für die maritime Nutzung auseinandersetzen und die optimierte Gestaltung in die additiven Verfahren integrieren. Diese optimierten Oberflächenstrukturen können unter anderem zu einem reduziertem Strömungswiderstand bei fluiden Anwendungen sorgen.

Materialien

In der additiven Fertigung kommen mittlerweile viele verschiedene Verfahren und Materialien aus Plastikgrundstoffen, speziellen Kunstharzen, Keramik, Zement, Glas, unterschiedliche Metalle und Metalllegierungen sowie Verbundwerkstoffe zum Einsatz. Im Themenfeld Materialien soll gezielte Materialforschung für die besonderen Anforderungen an die Produkte der maritimen Wirtschaft betrieben werden. Bauteile an Bord von Schiffen unterliegen sehr hohen Kräften, die aus der Schiffsbewegung an sich resultieren. Hierzu gehören unter anderem Scher-, Torsions- und Vibrationskräfte. Des Weiteren beansprucht der direkte oder indirekte Kontakt mit Seewasser und UV-Licht die Bauteile in besonderem Maße. Ziel ist, unterschiedliche Materialien perfekt aufeinander abzustimmen können. Ein anderer Ansatz ist die Frage, welche Materialien sich für welches der aktuell verfügbaren Verfahren der additiven Fertigung eignen.

Integration von Sensorik

Der Zustand von Anlagen an Bord eines Schiffes muss regelmäßig in aufwendigen Verfahren zu hohen Kosten überprüft werden. Im Falle eines Schades sind die Folgen weitreichend und der reibungslose Schiffsbetrieb wird gestört, was hohe Folgekosten nach sich zieht. In dem Themenfeld Sensorik geht es deshalb darum, Sensorik-Bauteile bereits im Druckprozess in das jeweilige Bauteil zu integrieren. Dieser Ansatz ermöglicht die „Condition Based Maintenance“ (zustandsbasierte Wartung) im Gegensatz zur „Planned Maintenance“ (laufzeitbasierte Wartung), bei der das Bauteil unabhängig von seinem tatsächlichen Zustand ausgetauscht wird. Das Interesse an solchen “intelligenten” Bauteilen ist über die maritime Industrie hinaus sehr groß.

Bauteilgröße

In der maritimen Wirtschaft werden Bauteile benötigt, die derzeit aufgrund von Größenbeschränkung nicht oder mit Einschränkungen (insbesondere der Druckqualität) realisierbar sind. Viele Bauteile, die sich im Schiff-, Maschinen- und Anlagenbau ggf. durch additive Fertigung wie dem Pulverbettverfahren optimieren ließen, sind deutlich größer als der Bauraum der 3D-Drucker und demzufolge bisher nicht im Pulverbett additiv fertigbar bzw. nur dann, wenn sie in mehrere Einzelteile zerlegt werden, was dann aber zusätzliche Schnittstellen und einen Verlust an Steifigkeit bedeutet. Im Themenfeld Bauteilgröße sollen die Pulverbettverfahren ihre Beschränkungen verringern und größere Bauteile für die maritime Anwendung mit höheren Aufbauraten ermöglichen. Die drahtbasierten Verfahren müssen an Genauigkeit bzw. Oberflächenqualität gewinnen, um den bisher erforderlichen Nacharbeitsaufwand zu reduzieren.

Standzeit

Im Themenfeld Standzeit geht es um die Verlängerung der Standzeiten von Werkzeugen mittels additiver Fertigung. Die Standzeit ist die Zeitdauer, über die ein Werkzeug (beispielsweise für die Serienfertigung) eingesetzt werden kann, ohne dass so starke Verschleißerscheinungen auftreten, dass das mit dem Werkzeug hergestellte Produkt nicht mehr den Anforderungen entspricht. Die additive Fertigung kann es ermöglichen, durch innovative Techniken Werkzeuge gezielt zu temperieren, um ihren Verschleiß zu begrenzen und Prozesszeiten durch die Abkühlung des Bauteils nach seiner Formgebung zu verkürzen. Insbesondere für die maritime Wirtschaft ist es von großem Wert, Standzeiten von Werkzeugen zu verlängern und Prozesszeiten zu verkürzen.

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