Fallstudien

Maritime Metallteile in Minutenschnelle hergestellt: Nockenschloss des Patrouillenboots der Armidale-Klasse der Royal Australian Navy

Königlich Australische Marine

Herausforderung

Demonstration der Fähigkeit der SPEE3D-Technologie zur Herstellung von Metallteilen nach Bedarf für die Royal Australian Navy. Diese Teile müssen auch militärischen Spezifikationen entsprechen, doch der Prozess des 3D-Drucks von Teilen unterscheidet sich grundlegend von der konventionellen Fertigung. Konventionelle Methoden haben bereits etablierte Wege, um diese Zertifizierungen zu erreichen. Die Herausforderung bestand darin, einen Weg für 3D-gedruckte Teile zu finden, um die Zertifizierung ebenfalls zu erreichen. Dies war ein gemeinsames Projekt mit der Charles Darwin University (CDU). 

Lösung

Die Lösung bestand darin, eine Schlauchverschraubung aus Aluminium mit Nockenverschluss zu drucken, die gemäß den einschlägigen militärischen Spezifikationen entworfen wurde, und dieses Teil durch Funktionstests zu validieren.

Ergebnisse

Das resultierende Teil wurde validiert und an Bord eines Patrouillenboots der Armidale-Klasse getestet. Die positiven Ergebnisse bewiesen die Machbarkeit der Herstellung zertifizierbarer Teile mit der SPEE3D-Technologie.

Wichtigste Vorteile

• Geringere Ausfallzeiten für das Marineschiff und die Besatzung.
• Macht Teile auf Abruf verfügbar, auch auf See.
• Geringere Kosten.

Hintergrund

Die Charles Darwin University (CDU) schloss sich 2017 mit SPEE3D zusammen, um die Advanced Manufacturing Alliance zu gründen - eine gemeinsame Initiative, die darauf abzielt, mit Partnern aus der Industrie, dem Handwerk und der Wissenschaft zusammenzuarbeiten, um reale Anwendungen zu entwickeln, industrielle Verfahren und Standards zu schaffen und die Materialentwicklung für den 3D-Metalldruck voranzutreiben. Dieses Projekt war Teil der laufenden Arbeiten zur Erreichung dieser Ziele.

Auswählen des Teils

Das Forschungsteam beriet sich mit der Royal Australian Navy, um ein Teil zu identifizieren, das auf Marineschiffen häufig ersetzt werden muss. Das ausgewählte Teil war eine 50-mm-Aluminium-Camlock-Schlauchverschraubung. Dieser Schlauchtyp wird häufig auf den Patrouillenbooten der Armidale-Klasse verwendet, um Schläuche miteinander zu verbinden und Schläuche an andere Geräte, wie z. B. Pumpen, anzuschließen. Diese Armaturen werden für den Transfer von Frisch-, Abwasser- und Seewasser im Hafen und für Anwendungen an Bord, z. B. bei der Brandbekämpfung, verwendet.

Die Meeresumwelt beschleunigt den Verschleiß dieser Schlaucharmaturen durch Korrosion, was häufig zu ihrem Ausfall im Betrieb führt. In Anbetracht der verschiedenen Größen und Konfigurationen dieser Armaturen ist die Möglichkeit, geeignete Ersatzteile zu drucken, sowohl bei Bedarf als auch ohne die Verzögerungen, die mit den traditionellen Beschaffungsprozessen verbunden sind, recht attraktiv.

Die Camlock-Schlauchverschraubungen sind nach dem Standard Mil-C-27487/A-A-59326 spezifiziert, der die erforderlichen kritischen Abmessungen und Toleranzen, die zugelassenen Materialien und die funktionalen Anforderungen beschreibt.

Validierung der Lösung

Anhand der Spezifikationen der Norm wurde ein 3D-Modell für die endgültige Geometrie des Teils entwickelt. Der Prozess des Druckens, der Wärmebehandlung und der Nachbearbeitung, um diese Geometrie zu erreichen, wurde in der Entwurfsphase berücksichtigt, und die Geometrie des Teils wurde so angepasst, dass sie den Zwängen des Druckprozesses und der Nachbearbeitungsphasen entsprach.

Die Teile wurden mit dem LightSPEE3D-Drucker aus 6061er Aluminium gedruckt und anschließend gemäß den Anforderungen der festgelegten Normen geprüft. Es wurden Zertifikate mit detaillierten Angaben zu den Ergebnissen der Maßprüfungen, den Eigenschaften des Ausgangsmaterials und des Lieferanten, den Anforderungen der Funktionstests und den Ergebnissen der Druckprüfungen erstellt. Die Druckprüfung wurde von einem externen, von der NATA akkreditierten Prüflabor durchgeführt.

Nach einer internen Risikobewertung durch die Royal Australian Navy wurden die Teile vor Ort von Navy-Personal getestet, um ihre Funktionsfähigkeit zu ermitteln. Die 3D-gedruckte Armatur wurde im Rahmen des Betriebs einer motorgetriebenen tragbaren Feuerlöschpumpe getestet.

Alle Tests ergaben, dass das Teil entweder genauso gut oder besser funktionierte als das herkömmliche gegossene und bearbeitete Teil. Es erfüllte alle Anforderungen der einschlägigen Spezifikationen und wurde vom Personal der HMAS Broome als für seinen Zweck geeignet eingestuft. Der von der NATA genehmigte Drucktest zeigte die Fähigkeit der Drucktechnologie, funktionelle Festigkeiten in "realen" Teilen mit komplexen Geometrien zu erreichen.