Die additive Fertigung für Offshore-Anwendungen ermöglicht die Herstellung von Bauteilen direkt aus digitalen Modellen mithilfe schichtweiser Fertigungsverfahren – insbesondere für Kleinserien, komplexe Geometrien, Reparaturen und Ersatzteile. Der Offshore-3D-Druck kann Ventile, Pumpen, Verteiler, Wärmetauscher, Unterwassergehäuse, ROV- und AUV-Komponenten, Anlagen für erneuerbare Energien sowie Spezialwerkzeuge herstellen.
Auf dieser Seite werden führende Unternehmen im Bereich der additiven Fertigung für Offshore-Anwendungen vorgestellt, die Verfahren wie Pulverbettfusion, gerichtete Energieabscheidung, Drahtlichtbogen-AM, Binder-Jetting und Polymer-AM einsetzen.
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Industrielle 3D-Drucklösungen für Meeresrobotik, Offshore-Ausrüstung und Komponenten für autonome Schiffe
Hersteller von großformatigen 3D-Druckgeräten und globaler Anbieter von On-Demand-Teileservices
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Die additive Fertigung für Offshore-Anwendungen ermöglicht die Herstellung von Bauteilen direkt aus digitalen Modellen durch den schichtweisen Aufbau von Material. Für Offshore-Betreiber und Anlagenhersteller ist die additive Fertigung (AM) insbesondere bei komplexen Geometrien, Kleinserien, Ersatzteilen, der Reparatur von Bauteilen sowie in Situationen von Bedeutung, in denen die konventionelle Fertigung mit langen Vorlaufzeiten bei der Werkzeugherstellung oder in der Lieferkette verbunden ist.
Der 3D-Druck im Offshore-Bereich muss jedoch denselben hohen Anforderungen an die Betriebsfähigkeit genügen wie etablierte Fertigungsverfahren. Der Kontakt mit Meerwasser, zyklische Belastungen, Druck, Temperatur, Erosion, korrosive Flüssigkeiten sowie Inspektionsanforderungen beeinflussen allesamt die technische Eignung der additiven Fertigung. AM-spezifische Faktoren wie Porosität, mangelnde Verschmelzung, Eigenspannungen, Oberflächenrauheit, Anisotropie und Bauausrichtung können zudem die Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Leistungsfähigkeit beeinflussen. Folglich hängt der erfolgreiche Einsatz davon ab, den gesamten Fertigungsprozess zu steuern, anstatt den Druckvorgang als isolierten Produktionsschritt zu betrachten.
Die Herstellung qualifizierter Offshore-Bauteile mittels additiver Fertigung erfordert eine lückenlose Kontrolle von der ursprünglichen digitalen Definition bis hin zur Endprüfung.
Die Rückverfolgbarkeit zwischen diesen Phasen ist besonders wichtig, wenn Teile für druckführende, tragende oder andere kritische Offshore-Anwendungen vorgesehen sind, da sich die Qualifizierung in der Regel auf eine kontrollierte Kombination aus Konstruktion, Ausgangsmaterial, Ausrüstung, Prozessparametern, Ausrichtung und Nachbearbeitung bezieht.
Die additive Fertigung im Offshore-Bereich ist dort am wertvollsten, wo geometrische Komplexität, geringe Produktionsmengen, Reparaturbedarf oder logistische Einschränkungen einen klaren Vorteil gegenüber der konventionellen Fertigung bieten.
Mit additiven Verfahren lassen sich Laufräder, Ventilkomponenten, Verteiler und Fluidkanäle mit komplexer innerer Geometrie herstellen. Konstrukteure können zudem Baugruppen zusammenfassen oder Strömungswege optimieren, wobei Dichtflächen und andere Präzisionsschnittstellen in der Regel eine abschließende Bearbeitung erfordern.
Mittel der additiven Fertigung lassen sich kompakte Wärmetauscher mit komplizierten inneren Kanälen herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer zu realisieren sind. Bei der Qualifizierung müssen Druckfestigkeit, Prüfbarkeit, Verschmutzung, Korrosion sowie die Möglichkeit zur Reinigung oder Wartung der inneren Kanäle berücksichtigt werden, insbesondere dort, wo herkömmliche Prüfverfahren nur eingeschränkten Zugang bieten.
Spezialwerkzeuge werden oft in relativ geringen Stückzahlen hergestellt und erfordern möglicherweise eine auf einen bestimmten Arbeitsgang zugeschnittene Geometrie. Die additive Fertigung ermöglicht eine schnelle Herstellung und Designiteration, wobei jedoch weiterhin eine angemessene mechanische, Ermüdungs-, Umwelt- und Funktionsqualifizierung erforderlich ist.
Zu den Anwendungen der additiven Fertigung im Unterwasserbereich zählen Instrumentengehäuse, Halterungen, Konstruktionsbeschläge, Sensorhalterungen sowie Komponenten für ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs) und autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs). Gewichtsreduzierung und Teilekonsolidierung können von Vorteil sein, doch hydrostatischer Druck, galvanische Verträglichkeit, Ermüdungsverhalten und Seewasserverträglichkeit bleiben zentrale Konstruktionsaspekte.
Offshore-Anlagen für erneuerbare Energien können die additive Fertigung (AM) für spezielle mechanische Teile, Werkzeuge, Gehäuse, Ersatzkomponenten und ausgewählte elektrische Infrastrukturkomponenten nutzen. Das Fertigungsverfahren muss den Anforderungen hinsichtlich Ermüdung, Korrosion, Zugänglichkeit und Wartung der jeweiligen Anlage Rechnung tragen.
Die digitale Fertigung ist besonders attraktiv für nicht mehr hergestellte oder schwer zu beschaffende Komponenten. Der Einsatz von 3D-Druck auf See oder in der Nähe einer in Betrieb befindlichen Anlage kann die Abhängigkeit von physischen Lagerbeständen verringern, vorausgesetzt, das digitale Design, das zugelassene Material, das Produktionssystem und der Qualifizierungsprozess unterliegen einer kontrollierten Verwaltung.
Es gibt kein einziges AM-Verfahren, das für jede Offshore-Komponente geeignet ist. Die Größe der Komponente, das Material, die erforderlichen Eigenschaften, die Oberflächenbeschaffenheit, das Produktionsvolumen, die Anforderungen an die Nachbearbeitung, die Prüfmöglichkeiten und der Zertifizierungspfad beeinflussen alle die Verfahrensauswahl.
Die Prozessauswahl sollte daher von den Einsatzanforderungen des Bauteils ausgehen und nicht von den Fähigkeiten eines bestimmten Druckers, wobei auch die Nachbearbeitung, die Prüfung, der Qualifizierungsaufwand und der gesamte Fertigungsweg zu berücksichtigen sind.
Bei der Offshore-AM kommt eine breite Palette an Metallen und Polymeren zum Einsatz; das gedruckte Material muss jedoch als Ergebnis eines bestimmten Ausgangsmaterials, einer bestimmten Maschine, eines bestimmten Parametersatzes, einer bestimmten Ausrichtung, bestimmter Baubedingungen und eines bestimmten Nachbearbeitungsprozesses bewertet werden.
| Materialgruppe | Überlegungen für den Offshore-Einsatz |
| Austenitische Edelstähle | Eignen sich dort, wo allgemeine Korrosionsbeständigkeit und bewährte Verarbeitungseigenschaften erforderlich sind. |
| Duplex- und Super-Duplex-Edelstähle | Geeignet für chloridhaltige Umgebungen, wobei eine strenge Kontrolle der Mikrostruktur, des Phasengleichgewichts, der Wärmebehandlung und der Verarbeitung erforderlich ist. |
| Nickelbasislegierungen | Geeignet für anspruchsvolle Umgebungen hinsichtlich Korrosion, Temperatur und Prozessflüssigkeiten, sofern entsprechend qualifiziert. |
| Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle | Geeignet für größere Konstruktionen und allgemeine Maschinenbaukomponenten, vorbehaltlich der Anforderungen an Korrosionsschutz und Betriebsbedingungen. |
| Titanlegierungen | Bieten eine hohe spezifische Festigkeit und Beständigkeit gegen Seewasser-Korrosion für ausgewählte gewichtskritische Bauteile. |
| Aluminiumlegierungen | Eignen sich für ausgewählte Leichtbaugehäuse, Konstruktionen und Ausrüstungen, bei denen die legierungsspezifischen Korrosions- und Ermüdungseigenschaften akzeptabel sind. |
| Legierungen auf Kupferbasis | Eignen sich je nach Legierung, Herstellungsverfahren und Betriebsumgebung für spezielle maritime und thermische Anwendungen. |
| Technische Kunststoffe und Polymerverbundwerkstoffe | Eignen sich für nichtmetallische Gehäuse, Werkzeuge, Kanäle, Abdeckungen und andere Bauteile, sofern Temperatur, Druck, chemische Beanspruchung und Alterung akzeptabel sind. |
Bei der Materialauswahl sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden: Meerwasserbelastung, galvanische Verträglichkeit, Ermüdung, Temperatur, Erosion, kathodischer Korrosionsschutz und damit verbundene Wasserstoffeffekte, gegebenenfalls saure Betriebsbedingungen sowie die Auswirkungen des AM-Verfahrens und der Nachbehandlung auf die resultierenden Materialeigenschaften.
Normen und Klassifizierungsanforderungen bieten Rahmenbedingungen für die Kontrolle von AM-Verfahren, Werkstoffen, Personal, Prüfungen und Produktionsdokumentation.
Der anzuwendende Qualifizierungsweg hängt letztlich von der Funktion des Bauteils, seiner Kritikalität, der Betriebsumgebung, dem Fertigungsprozess, den vertraglichen Anforderungen sowie den einschlägigen regulatorischen oder Klassifizierungsvorschriften ab. Die Qualifizierung des AM-Verfahrens allein entbindet nicht von der Notwendigkeit, nachzuweisen, dass das fertige Bauteil für den vorgesehenen Einsatzzweck geeignet ist.
Über die Komponentenkonstruktion hinaus kann die additive Fertigung die Art und Weise verändern, wie Offshore-Unternehmen Ersatzteile, Produktionsdaten und Fertigungskapazitäten verwalten.
Validierte digitale Teiledateien können die Abhängigkeit von der physischen Lagerhaltung jedes selten benötigten Ersatzteils verringern. Die Produktion erfordert weiterhin eine Konfigurationskontrolle, damit die richtige Konstruktionsversion, das Material, die Prozessparameter und die Qualifikationsdokumentation miteinander verknüpft bleiben und die Dateiintegrität sowie die Zugriffskontrolle während des gesamten digitalen Arbeitsablaufs gewahrt bleiben.
Durch dezentrale additive Fertigung können Fertigungskapazitäten näher an Offshore-Betriebe, Häfen, Werften oder regionale Servicezentren verlagert werden. Ihr Nutzen hängt davon ab, dass geografisch getrennte Standorte qualifizierte Teile konsistent reproduzieren können. Die Offshore-Fertigung erfordert möglicherweise auch die Kontrolle von Luftfeuchtigkeit, Vibrationen, Bewegungen, Stromqualität, Belüftung und anderen Umgebungsbedingungen, die sich auf Anlagen und Ausgangsmaterialien auswirken.
Die additive Fertigung (AM) bietet eine Möglichkeit, Komponenten zu ersetzen, deren Werkzeuge, Lieferanten oder ursprüngliche Produktionslinie nicht mehr existieren. Das Reverse Engineering muss durch ausreichende Konstruktions- und Serviceinformationen gestützt werden, um Funktions- und Materialanforderungen festzulegen, da die bloße Reproduktion der äußeren Geometrie keine Gleichwertigkeit mit der Originalkomponente gewährleistet.
Die additive Fertigung ergänzt in der Regel die Zerspanung, das Schweißen, das Umformen und andere etablierte Verfahren, anstatt sie zu ersetzen. Das „Near-Net-Shape“-Drucken, gefolgt von der Präzisionsbearbeitung, kann geometrische Flexibilität mit kontrollierten Dichtflächen, Bohrungen, Gewinden und Schnittstellen verbinden.
Eine qualifizierte Produktion erfordert Rückverfolgbarkeit über Konstruktionsrevisionen, Rohstoffchargen, Maschineneinstellungen, Bauaufzeichnungen, Nachbearbeitung, Prüfungen, Referenzproben und Testergebnisse hinweg. Eine robuste digitale Konfigurationskontrolle ist daher von zentraler Bedeutung für eine wiederholbare Offshore-AM-Produktion.
Metallpulver, Drähte und Polymer-Ausgangsmaterialien erfordern eine geeignete Lagerung, Kennzeichnung, Handhabung und Kontaminationskontrolle. Pulverbasierte Systeme erfordern zudem angemessene Maßnahmen zum Schutz vor Inhalations-, Brand-, Staubexplosions- und Handhabungsrisiken. Für Unternehmen, die eine Fernproduktion in Betracht ziehen, kann die Sicherstellung qualifizierter Ausrüstung, geschulten Personals, kalibrierter Prüfeinrichtungen und kontrollierter Ausgangsmaterialien ebenso wichtig sein wie der Zugang zum Drucker selbst.
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