Mit 3D-Druck hergestelltes Propellerblatt eröffnet neue Möglichkeiten für umweltfreundliche Schifffahrt
Um die europäische Schiffsindustrie global wettbewerbsfähiger zu machen, werden innovative Materialien benötigt, mit denen die Leistung von Schiffen verbessert und sie umweltfreundlicher werden sollen. Andere Branchen haben in den letzten Jahren große Fortschritte in diesem Bereich erzielt. Die Schiffsindustrie ist jedoch bei der Einführung fortschrittlicher Materialien, die einen kleineren ökologischen Fußabdruck haben, kostengünstig und einfach zu warten sind, noch etwas im Rückstand. Im Bemühen, die Schiffsindustrie voranzubringen, nutzt das von der EU finanzierte Projekt RAMSSES (Realisation and Demonstration of Advanced Material Solutions for Sustainable and Efficient Ships) die Vorteile neuer leichter Hochleistungsmaterialien für eine erste Demonstration hohler Propellerblätter. Dieses innovative Ergebnis wurde durch additive Fertigung (Additive Manufacturing – AM) erzielt. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem 3D-Objekte erstellt werden, indem eine Materialschicht nach der anderen aufgetragen wird. In einer Online-Pressemitteilung, die in der Fachzeitschrift „Marine Propulsion & Auxiliary Machinery“ veröffentlicht wurde, erklärt der Propeller Package Manager Patrice Vinot vom Projektpartner Naval Group: „Additive Fertigung wird zwar zunehmend in der Branche eingesetzt, die Programmierung und der Entwurf von komplexen Teilen, wie zum Beispiel Propellerblätter für Schiffe, stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar.“ Das Projektteam hat sich zum Ziel gesetzt, Propeller zu produzieren, mit denen die operativen Fähigkeiten von Schiffen verbessert werden können. 3D-Druck für bessere Schiffsantriebe Der AM-Prozess, den die Forscher zur Verbesserung des Schiffsantriebes nutzen, wird Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) genannt. Bei diesem Verfahren wird ein Metalldraht durch Lichtbogenschweißen geschmolzen. Im geschmolzenen Zustand wird das Material in Tropfen extrudiert, die miteinander verkleben und so eine Metallschicht erzeugen. Dieser Vorgang wird dann Schicht für Schicht wiederholt, um ein 3D-Teil aus Metall zu erstellen. WAAM wird für den Entwurf großer Komponenten eingesetzt – in diesem Fall Propeller mit bis zu 6 m Durchmesser – was mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht möglich wäre. Diese Entwicklung wird die Produktion komplexerer Propeller in Zukunft ermöglichen. Erwartete Vorteile für die Industrie Das erste Modell des Teams ist ein hohles Blatt für den Propeller eines Containerschiffs im Maßstab eins zu drei. Es wurde in weniger als 100 Stunden aus Edelstahl gedruckt und wiegt ungefähr 300 kg. 300 kg nur für ein Blatt und ein Modell mag dem Laien zunächst sehr seltsam erscheinen. Wenn man aber weiß, dass Propellerblätter bis zu 20 Tonnen wiegen können, werden die Dinge doch in ein ganz anderes Licht gerückt. Bei einer Produktion in voller Größe geht das Team davon aus, dass das Blatt mehr als 40 % weniger wiegen wird als konventionelle Komponenten. Die hydrodynamischen Eigenschaften des Blatts werden per numerischer Simulation bewertet. Darüber hinaus wird es auch Ermüdungs- und Korrosionstests unterzogen. Die Forscher des Projekts RAMSSES sind derzeit dabei, einen Propeller mit Hohlblättern für Containerschiffe im vollen Maßstab zu entwickeln. „Das im Rahmen dieser neuen Fallstudie aufgedeckte Potenzial des Prozesses bedeutet, dass wir nun eine beispiellose Leistung der Propeller von morgen erwarten“, so Vinot. Das Projekt befindet sich ungefähr in der Mitte seiner 4-jährigen Laufzeit. Weitere Informationen: RAMSSES-Projektwebsite
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