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Aug 09, 2023

3D-Druck: Navy baut additive Fertigung aus

Edward Lundquist ist ein pensionierter Marineoffizier, der über Marine- und Seefahrtsthemen schreibt.

Edward Lundquist ist ein pensionierter Marineoffizier, der über Marine- und Seefahrtsthemen schreibt.

26. Januar 2023

Das amphibische Angriffsschiff USS Essex (LHD 2) der Wasp-Klasse lädt während Rim of the Pacific (RIMPAC) 2022, 8. Juli 2022, einen 3D-Drucker. Foto der US-Marine von Chief Mass Communication Specialist Ace Rheaume

Die US-Marine schätzt seit langem das Potenzial der additiven Fertigung (AM) und des 3D-Drucks.

AM bezieht sich auf das schichtweise Auftragen von Material, um ein Objekt zu erzeugen. Für die Marine ist es nicht praktikabel, jedes Ersatzteil für jedes System auf einem Schiff mitzuführen, und es kann schwierig sein, vorherzusagen, ob oder wann Teile ausfallen werden. AM bietet eine flexible Lieferquelle, da Teile hergestellt werden können, anstatt sie zu bestellen und auf ihre Ankunft zu warten, insbesondere für Kriegsschiffe am anderen Ende der Lieferkette. Durch das On-Demand-Drucken von Reparaturteilen können Sie Zeit sparen, Kosten senken und die Notwendigkeit, umfangreiche Teilebestände zu führen, reduzieren.

Während man mit AM viele Dinge tun kann, wie zum Beispiel Rapid Prototyping, ist der heilige Gral die Fähigkeit, Teile auf See herzustellen, um Dinge schnell zu reparieren. Stellen Sie sich vor, Sie müssten nicht für jedes Gerät mehrere Ersatzteile mitführen oder sich auf eine lange Lieferkette verlassen, um dringend benötigte Teile aus einem Versorgungsdepot zu beziehen.

Desktop-3D-Drucker sind weit verbreitet und beginnen bei etwa 300 US-Dollar für ein Heimsystem. Viele Schiffe verfügen über 3D-Drucker, die relativ kleine Kunststoffteile herstellen.

„Wir verwenden seit mehreren Jahren Polymer-Kunststoffdrucker auf Schiffen und U-Booten, aber es handelt sich im Wesentlichen um Desktop-Geräte, die relativ kleine Kunststoffteile herstellen. Das Feedback, das wir von der Flotte erhielten, war, dass sie größere Metallteile benötigen“, sagte Jim Pluta , Programmmanager für additive Fertigung (AM) beim Naval Sea Systems Command (NAVSEA).

Jetzt hat die Marine zwei verschiedene Arten von Metall-3D-Druckern auf Marineschiffen installiert: ein Aluminiumsystem an der Westküste und ein Edelstahlsystem an der Ostküste.

Ein Xerox Elem Additive Solutions ElemX Flüssigmetall-3D-Drucker wurde im Juli 2022 in einem Container an Bord der USS Essex (LHD 2) geliefert und war damit die erste Maschine zur additiven Fertigung von Metallen, die auf einem US-Marineschiff installiert wurde. Der ElemX-Drucker ist modular aufgebaut, und nachdem er letzten Sommer während der multinationalen Flottenübung RIMPAC 2022 an Bord der Essex im Einsatz war, wurde die CONEX-Box zur Fortsetzung der Evaluierung auf die USS Boxer (LHD 4) übertragen.

Der ElemX-Drucker entstand in Zusammenarbeit mit Commander Naval Surface Force Pacific (CNSP) und NAVSEA unter Nutzung des kooperativen Forschungs- und Entwicklungsabkommens (CRADA) der Naval Postgraduate School (NPS) mit . „Die ElemX-Initiative demonstrierte die Technologie nicht nur in Forschungsanwendungsfällen an Bord von Schiffen, sondern schuf auch eine eigenständige, mobile 3D-Metalldruckerei durch die Ausstattung eines gewöhnlichen Schiffscontainers, der auf jedes Schiff gestellt oder an jede Stromquelle angeschlossen werden kann, z. B Feldgenerator, damit auch Marines über diese Fähigkeit verfügen können“, sagte Kapitän Jeremy Gray, NPS Surface Warfare Chair für CNSP.

Maschinenmechaniker 1. Klasse Cory Hover, leitender Unteroffizier der Maschinenreparaturwerkstatt des amphibischen Angriffsschiffes USS Bataan (LHD 5) der Wasp-Klasse, spricht mit dem Kommandeur des Konteradmirals der Naval Surface Forces Atlantic, Brendan McLane, über die neu installierte additive Fertigungsausrüstung des Schiffes. 23. November 2022. Dies ist das erste vom Naval Sea Systems Command gesponserte Hybridsystem, das auf einem Schiff der US-Marine installiert ist und die Möglichkeit der additiven Fertigung von Metall- und Kunststoffkomponenten vor Ort ermöglicht.Foto der US-Marine von Mass Communication Specialist 3rd Class Bradley Rickard

An der Ostküste traf an Bord der USS Bataan (LHD 5) ein Hybrid-Additive-Manufacturing-System von Phillips ein. Das Bataan-Projekt soll eine dauerhafte Einrichtung auf dem Schiff sein. Die Ausrüstung des Bataan, die im Rahmen einer gemeinsamen Anstrengung von Commander, Naval Surface Force Atlantic und dem Technology Office des Naval Sea Systems Command (NAVSEA) installiert wurde und bei Entwurf und Ausführung vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory unterstützt wurde, umfasst das Phillips Additive Hybrid-System, das Folgendes integriert: Meltio3D-Laser-Metalldrahtabscheidungswerkzeugkopf auf einer dreiachsigen Haas TM-1 Computer Numerical Control (CNC)-Fräsmaschine.

Obwohl es sich bei beiden um Metalldrucker handelt, verwendet die ElemX-Plattform einen grundlegend anderen AM-Prozess als das Philips Additive Hybrid-System auf Bataan. Der ElemX-Drucker stellt Aluminiumteile her, während das Phillips-System Edelstahl 316 verwendet. Der ElemX verwendet eine Tröpfchenabscheidung aus geschmolzenem Metall, wobei das Phillips-Hybridsystem ein drahtgespeistes Lasersystem ist, das einen DED-Prozess (Directed Energy Deposition) verwendet, um ein nahezu vollständiges Objekt zu erzeugen, und dann als Hybridsystem das CNC-Fräsen verwendet Kopf, um das Teil fertigzustellen.

Während viele industrielle 3D-Metalldrucker pulverförmiges Material verwenden, das reaktiv sein kann. Die drahtgespeisten Systeme sind für den Einsatz an Bord viel sicherer.

Laut Kapitän Paul Burkhart, dem leitenden Angestellten von Bataan, ersetzt die Verwendung des 3D-Druckers zur Herstellung von Teilen nach Bedarf nicht das Versorgungssystem. Aber, so Burkhart, es biete eine Möglichkeit, ein Teil oder eine Komponente zu reparieren, um ein System wieder betriebsbereit zu machen.

„Anstatt die gesamte, große Baugruppe zu bestellen und darauf zu warten, dass sie überall auf der Welt geliefert wird, fertigen wir einfach die Unterkomponente oder das benötigte Teil, insbesondere wenn es sich um etwas handelt, das wir normalerweise nicht führen.“ sagte Burkhart.

Burkhart sagte, dass eine Gruppe von Bataan-Seeleuten vom Hersteller eine Schulung erhalten habe, um das System zu bedienen und anderen beizubringen, wie man es benutzt.

Da einige Marineschiffe mit Reparaturwerkstätten bereits über das Haas-CNC-System verfügen, kann dieses System zu einem Hybrid-AM-System „aufgerüstet“ werden.

Jonathan Hopkins, der das Team für additive Fertigung bei NSWC Carderock Division leitet, sagte, das System des Bataan ergänze die Ausbildung und das Fachwissen, über das die Mitarbeiter der Marine bereits verfügen. „Edelstahlschweißen ist eine Fähigkeit, die auf unseren größeren Schiffen zu finden ist, und der Drahtvorschub für den Drucker ist derselbe, der in unseren Schweißmaschinen verwendet wird – er befindet sich im Versorgungssystem und ist im Handel erhältlich. Für die Schiffe, die bereits über Haas verfügen.“ CNC-System ist es möglich, das Meltio-System und die Phillips-Integration zu den vorhandenen CNS-Werkzeugen hinzuzufügen, um ein Schiff mit dieser Fähigkeit aufzurüsten.“

Die in San Diego ansässigen Essex und Boxer sowie die in Norfolk ansässige Bataan sind 843 Fuß lange und 41.000 Tonnen schwere Mehrzweck-Amphibienangriffsschiffe der Wasp-Klasse, die 2.500 Matrosen und Marinesoldaten sowie Boote, Fahrzeuge und Flugzeuge befördern können.

Ein 3D-Drucker führt einen Diagnoselauf an Bord des amphibischen Angriffsschiffs USS Essex (LHD 2) der Wasp-Klasse durch, 9. Juli 2022. Foto der US-Marine von Isaak Martinez, Spezialist für Massenkommunikation 3. Klasse