Laut offiziellen Angaben muss die Marine voll auf die additive Fertigung setzen

May 19, 2024

AUFKOMMENDE TECHNOLOGIEN

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Die traditionelle Methode zur Herstellung von Metallteilen durch Gießen und Schmieden hat der Menschheit seit etwa 2.600 Jahren gute Dienste geleistet, doch die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist die Zukunft, zumindest was die Marine betrifft, eine hochrangige Aufgabe sagte der Anführer.

Der Seedienst hat in letzter Zeit für einige Schlagzeilen gesorgt, als er an Bord von Schiffen 3D-Drucker installierte, die es Seeleuten ermöglichen, verlorene oder kaputte Teile vor Ort herzustellen, ohne wochen- oder monatelang auf die Lieferung von Ersatz warten zu müssen.

„Das ist eine positive Entwicklung“, sagte Matt Sermon, Geschäftsführer des Executive Office des strategischen U-Boot-Programms.

Er prognostizierte jedoch, dass Schiffshersteller und ihre Zulieferer von der traditionellen Herstellung von Metallteilen auf diese fortschrittlichen Fertigungstechniken umsteigen müssen. Nur so könnten die aktuellen und zukünftigen Lieferkettenprobleme der Marine gelöst werden, sagte er.

„Ich bin fest davon überzeugt, dass die metallische additive Fertigung der Weg zu den Fähigkeiten und Kapazitäten ist, die Sie für kritische Materialien in der U-Boot-Industriebasis benötigen. Und das Gleiche gilt für Überwasserschiffe und ihre Systeme sowie für die Nachhaltigkeit“, sagte er kürzlich auf der Jahreskonferenz der American Society of Naval Engineers in Arlington, Virginia.

Für Sermon – der in der Marine zu einer führenden Stimme bei der Wiederbelebung der Produktionskapazitäten des Landes geworden ist – steht die additive Fertigung nicht auf einer Wunschliste, sondern ist eine Notwendigkeit, wenn der Dienst alle Schiffe und U-Boote liefern soll, die er in den USA bauen will kommende Jahre.

Derzeit gibt es Probleme in der Lieferkette für Teile aus Schwermetallen durch Gießen und Schmieden. Die Marine arbeitet mit Zulieferern zusammen, um Arbeiter auszubilden und effizienter zu machen, aber das wird in den kommenden Jahren nicht ausreichen, sagte Sermon.

Allein der U-Boot-Sektor strebt die Produktion von drei Booten pro Jahr an, zwei U-Booten der Virginia-Klasse und einem U-Boot der Columbia-Klasse. Hinzu kommen Modernisierungs- und Erhaltungsprogramme.

„Es gibt einen Krieg um Talente. Ich spreche insbesondere von den Arbeitskräften im verarbeitenden Gewerbe“, sagte Sermon.

Nach Schätzungen der Marine werden der Marine, den großen Schiffbauern und ihren rund 17.000 Zulieferern im nächsten Jahrzehnt rund 100.000 Arbeitskräfte für U-Boot-Programme fehlen.

„Wir sind heute im Kampf, investieren in diese Marktsektoren, arbeiten mit Anbietern zusammen, um ihnen bei der Personalabteilung, ihrem Personalstamm und solchen Dingen zu helfen“, sagte Sermon. Aber wenn die Marine ihren künftigen Produktionsbedarf betrachte, erkenne sie nicht die nötige Kapazität, sagte er.

Was den technologischen Reifegrad für die neuen Systeme betrifft, die zum Bau der U-Boote benötigt werden, geht es der Marine gut. Aber was die Produktionsbereitschaft angeht, seien die Aussichten nicht so gut, fügte er hinzu.

Das Programmbüro für strategische U-Boote verfügt über eine Datenbank mit etwa 5.500 Teilen, die es verfolgt. Die Gemeinschaft der Überwasserschiffe verfügt über einen ähnlichen Katalog. Sechs verschiedene Metalle – deren Namen er nicht öffentlich nennen wollte – machen die meisten dieser Artikel aus, viele davon Ventile, Armaturen und Befestigungselemente.

Die Marine beginne mit der Anschaffung von 3D-Druckern für diese Schwermetalle, sagte Sermon. Seiner Einschätzung nach hat die Technologie das Potenzial, die Lieferzeiten für Neuteile drastisch zu verkürzen.

„Eine Reduzierung des Zeitplans um 80 Prozent für Komponenten, die wir in Werften benötigen, für Komponenten, die wir im Neubau benötigen, ist nicht unrealistisch“, sagte er. Schätzungen für einige Komponenten liegen bei bis zu 95 Prozent, für andere liegen sie je nach Maschinentyp bei 50 oder 60 Prozent, sagte er. „Aber im Allgemeinen sind 80 Prozent nicht ausgeschlossen“, fügte er hinzu.

Im vergangenen Oktober haben die Marine – und der Auftragnehmer Austal USA – das Band für das Additive Manufacturing Center of Excellence in Danville, Virginia, durchtrennt, das alle zugehörigen Programme des Dienstes unter einem Dach vereint.

Das dort tätige Konsortium wird qualifizierte Teilerezepte entwickeln, die zur Serienproduktion an die Industrie übergeben werden, heißt es in einer Erklärung von Austal USA. Der Schwerpunkt liegt auch auf der Nutzung fortschrittlicher Fertigungsverfahren für die verteilte Produktion, um neue Marktteilnehmer für die U-Boot-Industrie zu gewinnen und gleichzeitig zukunftsorientierte Gussgießereien zu unterstützen, die die Prozesse zur Steigerung ihres Produktionsvolumens übernehmen möchten.

Das Zentrum lockt bereits Industrie in die Region.

Im Februar gab der Additivhersteller IperionX bekannt, dass er mit Carver Pump eine Partnerschaft eingeht, um Titanpumpenkomponenten für die Marine in 3D zu drucken. Die neue Anlage werde etwa 25 Meilen vom Marinestützpunkt Danville entfernt liegen, heißt es in einer Pressemitteilung der Unternehmen.

Titan wird von der Marine wegen seiner außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit geschätzt und in allen wichtigen Pumpenanwendungen häufig verwendet, wobei Titankomponenten typischerweise im Titangussverfahren hergestellt werden, heißt es in der Erklärung.

Carver wird die Titanpumpenkomponenten entwerfen, IperionX beim Prototyping unterstützen und die Qualifizierung dieser Komponenten für die Marine leiten. IperionX wird seinen patentierten 3D-Drucker und Titanpulver bereitstellen. Ein Teil des Schrotts, den es recyceln werde, werde von der Marine stammen, hieß es.

„Die [Vereinigten Staaten] verfügen über keine inländischen Kapazitäten zur Herstellung der großen Titangussteile, die für Hochleistungskreiselpumpen benötigt werden“, heißt es in der Erklärung.

Dies hat zu langen Vorlaufzeiten für neue Pumpenkomponenten geführt, die aus einer ausländisch kontrollierten Lieferkette stammen, die teures und kohlenstoffintensives Titanmetall verarbeitet.

Sermon sagte, das Additive Manufacturing Center of Excellence habe „eine Reihe“ 3D-Druckmaschinen bestellt und die erste solle im Februar in Danville eintreffen. Die Lieferungen werden das ganze Jahr über fortgesetzt.

Ziel sei es, bis März 2024 3D-Drucker für die sechs wichtigsten Metalle in Betrieb zu nehmen und fünf additiv gefertigte Teile herzustellen, die noch in diesem Jahr für U-Boote verwendet werden, sagte er.

Das Zentrum werde auch einige grundlegende akademische Forschungen durchführen, die für einige Stahllegierungen, die noch nicht für den 3D-Druck bereit sind, noch erforderlich seien, fügte er hinzu.

„Das ist ein ehrgeiziges Ziel, das gebe ich zu, aber bis März 2024 werden wir bei diesen sechs Materialien die Reife erreicht haben und sie auf Schiffen und U-Booten einsetzen“, sagte er.

Mittlerweile hat das Naval Sea Systems Command additive Fertigungsverfahren für mehr als 500 zugelassene Teile entwickelt, die in Schiffen und U-Booten verwendet werden.

Doug Arnold, Direktor der Direktion für Schiffstechnik beim Naval Sea Systems Command, sagte, dass die meisten Drucker an Bord von U-Booten und Schiffen auf See Polymere anstelle von Metallen verwenden.

Seeleute haben damit alles bedruckt, von kaputten Türgriffen bis hin zu Flicken auf Rohren.

Während sich auf Marineschiffen einige Metalldrucker befinden, wird der Einsatz dieser Drucker an Bord noch untersucht, sagte er.

„Es kommt wirklich auf den Fertigungsbereitschaftsgrad und das Verständnis des Risikoniveaus an, das wir bereit sind zu akzeptieren, um diese metallischen additiven Fertigungskomponenten an Bord eines Schiffes bringen zu können“, sagte er.

Und es geht darum, die Zuverlässigkeit von 3D-gefertigten Teilen zu zertifizieren. Es gebe umfangreiche Daten und Informationen zu geschmiedeten und gegossenen Metallteilen, die seit Jahrzehnten im Einsatz seien, doch die additive Fertigung sei relativ neu, fügte er hinzu.

Ein weiteres Problem sei die Entwicklung der technischen Datenpakete, sagte er.

„Wie stellen wir sicher, dass die technischen Datenpakete korrekt sind, damit wir die richtigen Komponenten erhalten, die für das Schiff gut und zweckmäßig sind, und diese Datenpakete dann möglicherweise anderen Organisationen zur Verfügung stellen können?“ ” sagte er und räumte ein, dass einige Anbieter ihr geistiges Eigentum behalten wollen.

Sermon sagte: „Wir müssen unsere berühmte, unsere wirklich unglaubliche und erstaunliche technische Genauigkeit in die neuen Technologien einbringen.“

Konteradmiral Jason Lloyd, Chefingenieur und stellvertretender Kommandeur für Marinesystemtechnik und Logistik, sagte, die potenziellen Vorteile des 3D-Drucks von Metallteilen an Bord von Schiffen auf See seien „einfach enorm“.

Der erste Metall-3D-Drucker ging letzten Sommer an Bord eines Marineschiffs und der zweite wird bald an Bord eines Amphibienschiffs gehen.

„Wir befanden uns im Zyklus von Storming, Norming und Performing. Wir befinden uns seit vielen Jahren im „Storming“ und sind jetzt beim „Norming“ angelangt“, sagte er.

Wenn Seeleute ein Teil benötigen, können sie sich an das Naval Surface Warfare Center Carderock in Maryland wenden, um zu erfahren, ob sie über das technische Datenpaket für das Teil verfügen. Wenn nicht, könnten Ingenieure dort Datenpakete entwickeln und sie an das Schiff zurücksenden. Wenn das Schiff über denselben 3D-Drucker verfügt, können die Seeleute das Teil während der Fahrt erstellen, sagte Lloyd.

Er zitierte einen kürzlichen Vorfall, bei dem ein Schiff auf See mit einem Polymerdrucker ein kritisches Rohrleck hatte und es keine Möglichkeit gab, es zu beheben. Die Seeleute druckten einen Polymerflicken, der einwandfrei funktionierte, bis sie in einen Hafen zurückkehren und eine dauerhafte Reparatur durchführen konnten.

„Wir haben geniale Segler da draußen. Und wenn man ihnen diese Technologie in die Hand gibt, werden sie damit weitermachen“, sagte Lloyd.

Arnold sagte, der nächste Schritt sei das Training. Es wurde viel Zeit, Mühe und Geld aufgewendet, um die Naval Surface Warfare Centers auf den neuesten Stand der additiven Fertigungstechnologie zu bringen, aber es gab nur wenig Ausbildung für die jungen Ingenieure, die an Bord von Schiffen arbeiten.

Sermon sagte, der Vorstoß zur Verbreitung der additiven Fertigung in der Marine müsse von oben kommen.

Die Marine hatte viele Jahre lang keinen Konkurrenten und ging kein Risiko ein. Aber das sei nicht mehr der Fall, sagte er.

„Wir werden unsere Lektionen lernen. Werden wir Fehler machen? Absolut. So wie jeder bei der Entwicklung früherer Technologien Fehler macht, oder? Aber wir werden es mit unserem Produkt so sicher wie möglich machen“, sagte er.

Themen:Neue Technologien, Navy News

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Der Klugscheißer in mir möchte so etwas sagen wie; Wenn sie 80 % eines Raketenmotors in 3D drucken können, können sie auch ein Schiff in 3D drucken. Nun ja, das meiste jedenfalls. Der „allgegenwärtige Hersteller“ von Si-Fi ist auf dem Weg!