Ship & Rail

Schiffe und Schienenfahrzeuge#

Schiffe und Schienenfahrzeuge nutzen zwar unterschiedliche Medien, auf denen sie sich fortbewegen, aber dennoch weisen sie hinsichtlich ihrer Strukturelemente, ihres Einsatzes und somit auch in ihren Anforderungen zahlreiche Parallelen auf, sodass wir Erfahrungen systemübergreifend gesammelt haben und nun zu Ihrem Vorteil einsetzen.

Die Gemeinsamkeiten betreffen nicht nur die relativ großen Dimensionen, sondern vielmehr auch die hohe Anzahl verschiedener Komponenten und Schnittstellen sowie die Komplexität der Aufgabe, wenn man alle Bearbeitungsschritte und den gesamten Produktionsprozess dieser Verkehrsmittel betrachtet. In deren Einsatz ist dann die jeweils relativ lange Betriebsdauer von 20, 30 oder sogar 50 Jahren ein typisches Charakteristikum und außerdem die Tatsache, dass Ausfallzeiten des Gesamtsystems sehr hohe Kosten verursachen.

3D-gedruckte Ersatzteile#

Die lange Lebensdauer von Schienenfahrzeugen, Schiffen und anderen Offshore-Anlagen stellt bezüglich der Ersatzteilversorgung oftmals ein Problem dar. Entweder müssen die Ersatzteile über einen langen Zeitraum kostenintensiv vorgehalten werden, oder es besteht die Gefahr, dass eine defekte, aber unbedingt notwendige Komponente kurzfristig nicht verfügbar ist.

3D-gedruckte Ersatzteile können in diesem Obsoleszenzfall eine schnelle Lösung sein, um ein Schiff oder Schienenfahrzeug wieder einsatzfähig zu machen. Auch eine provisorische, temporäre Verwendung eines gedruckten Ersatzteils als sogenannter „Homecomer“ bildet eine sinnvolle Variante der Anwendung additiver Fertigungstechnologien, wenn sich damit teure Liege- bzw. Stillstandszeiten minimieren lassen.

Wir identifizieren diejenigen Komponenten aus Ihrem Teilespektrum, die für eine additive Nachfertigung geeignet sind und sichern Ihnen damit folgende Benefits:

  • keine Bevorratung insbesondere mit selten benötigten Ersatzteilen
  • keine Bevorratung mit teuren Gussformen, Tiefzieh- oder Schmiedewerkzeugen
  • Verbesserungen an Schwachstellen eines Bauteils möglich (Re-Design)

 

Re-Design und Reverse Engineering

Zur Optimierung von Bauteilen bieten wir Ihnen konstruktive Unterstützung an. Wir sorgen für eine 3D-Druck-gerechte Gestaltung und eliminieren Schwachstellen durch Anpassungen der Konstruktion. Ist der Ausfall einer Komponente z.B. auf eine zu geringe Wandstärke zurückzuführen, lässt sich der Bereich lokal verstärken, sodass die nachgedruckte Ersatzvariante der üblichen Belastung länger standhält.

Liegen keine digitalen Konstruktionsdatensätze Ihrer benötigten Ersatzteile vor, nutzen wir neueste Scannertechnologie und eine hochgenaue Koordinatenmessmaschine, um CAD-Modelle aus Ihren defekten Originalteilen zu generieren, die dann als Grundlage für den 3D-Druck dienen. Mithilfe dieser Daten können Sie sich weltweit Ersatzteile anfertigen (lassen), wo immer Sie diese Teile einsetzen möchten.

 

Additive Fertigung von Großstrukturen

Speziell im Bereich des Schiff- und Schienenfahrzeugbaus existiert der dringende Bedarf, auch Großstrukturen additiv herzustellen. Die Herausforderung besteht darin, eine möglichst hohe Aufbaurate zu erzielen, um wirtschaftlichen Ansprüchen zu genügen, ohne gleichzeitig die Genauigkeit zu verlieren, die eine endkonturnahe additive Fertigung erlaubt. Nachgelagerte Fräsoperationen sollten vermieden werden.

Mittels eines additiven Aufbaus der Strukturen sind auch komplexe Bauteilgeometrien mit Freiformflächen ohne hohen Programmieraufwand realisierbar. Als potenzielle Beispielanwendungen kommen daher Schiffspropeller, strömungsverbessernde Mewis-Düsen oder aerodynamisch geformte Verkleidungsteile wie der Bug eines ICE-Zuges besonders in Betracht. Um dem Leichtbauprinzip zu folgen, lässt sich das Material mit Druckprozess gezielt entlang der Lastpfade im Bauteil anordnen, sodass Ihre Großstruktur nur ein minimales Gewicht aufweist. Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur Funktionsintegration, indem z.B. verschiedene Kanäle und Öffnungen direkt in ein Bauteil hineingedruckt werden.

Eine kostengünstigere Alternative zum vollständigen Druck bilden hybride Strukturen aus 3D-gedruckten Komponenten wie z.B. Verbindungsknoten und konventionellen Blechen oder Profilen, die dann miteinander verschweißt werden. Der hybride Aufbau nutzt die Vorteile der additiven Fertigung dort, wo sie einen Mehrwert erbringen und greift zur Überbrückung größerer Distanzen innerhalb einer Baugruppe auf einfache Standardelemente zurück.

Prozessentwicklung#

Wir entwickeln Ihre Prozesse! Unsere Kompetenz wird Ihnen helfen, innovative sowie wirtschaftlich und qualitativ optimierte Prozesse anzuwenden, um Ihre Produktion bereits jetzt zukunftsfähig zu machen. Ob Pulver, Draht oder Filament – wir verarbeiten nahezu jedes gewünschte Material in der Form, die der Prozess erfordert. Aus unserem Prozess-Portfolio wählen wir dasjenige Verfahren aus, das Ihrer konkreten Aufgabe bezüglich Struktur und Material am besten gerecht wird.

Neben den additiven Kernprozessen betrachten wir dabei immer die gesamte Prozesskette, die eine anschließende Nachbearbeitung wie z.B. eine Wärmebehandlung der Bauteile und Methoden der Oberflächenendbehandlung miteinschließt. Als eine besondere Stärke bieten wir Ihnen außerdem unsere Schweißkompetenz an.

Laserbasierte Fügeprozesse dienen der Steigerung der Schweißgeschwindigkeit und verringern den streckenbezogenen Wärmeeintrag. Auf diese Weise werden thermisch bedingte Verformungen auf ein Minimum reduziert. Insbesondere für Großstrukturen im Schiff- und Schienenfahrzeugbau bilden diese Hochleistungsschweißprozesse das entscheidende Mittel zur Genaufertigung, der Einsparung umfangreicher Richtarbeiten und für den Einsatz vollautomatisierter Prozessketten.

 

Anlagentechnik und Systementwicklung

Das IAPT verfügt über einen der weltweit größten 3D-Drucker, der flexibel für verschiedene additive Verfahren und Druckmaterialien eingesetzt werden kann. Die einzigartige Anlage mit drei unabhängig voneinander nutzbaren Portalbrücken erlaubt es uns, für Sie Großstrukturen bis zu 30 m Länge und 5 m Breite aufzubauen und zu bearbeiten. Die Anlage ist mit zahlreichen, teils eigenentwickelten Bearbeitungssystemen inklusive zugehöriger Sensortechnik ausgestattet, um einen möglichst hohen Automatisierungsgrad und maximale Prozesssicherheit zu erreichen.

Darüber hinaus hat das IAPT neue Systeme für die mobile Anwendung von Laser- und 3D-Druck-Technik entwickelt. Ein Beispiel ist der Prototyp eines handgeführten Laser-Hybrid-Schweißgerätes, das mit einem motorischen Antrieb  für den Einsatz im Werftumfeld konzipiert wurde. Selbstverständlich adaptieren wir das System auch auf Ihren Anwendungsfall und berücksichtigen Ihre speziellen Anforderungen.


Profitieren Sie von unserer Erfahrung! Wir beraten Sie gern auf dem Weg zu Ihrer individuellen Automatisierungslösung.

ShipLight

Im ShipLight-Projekt wurde ein laserunterstützter Lichtbogenschweißprozess entwickelt. Der neue Prozess nutzt im Vergleich zur Hybridschweißanwendung weniger Laserleistung, bietet eine deutlich größere Spaltüberbrückbarkeit sowie verbesserte Zugänglichkeit am Bauteil. Die Laserunterstützung erlaubt höhere Schweißgeschwindigkeiten als im reinen Lichtbogenverfahren, sodass weniger Wärme in das Bauteil eingebracht wird und somit weniger thermisch bedingte Verzüge auftreten. Bei geringeren Verformungen besteht nun die Möglichkeit, generell dünnere Bleche zu verwenden und ressourcenschonend Material einzusparen.

Unser Know-how:

  • Pulverbettverfahren für Metalle und Kunststoffe (Selective Laser Melting und Selective Laser Sintering)
  • Laser-Pulver-Auftragsschweißen (Laser Metal Deposition)
  • Additive Fertigung mittels Lichtbogen (Wire Arc Additive Manufacturing)
  • Laser- und Laser-Hybridschweißen
  • FDM-Drucken von Kunststoffen (Fused Deposition Modeling)
  • Beton-Druck



Klemmenkasten

Ein durch aufgewirbelten Schotter beschädigter Klemmenkasten an einem Unterflur-Elektromotor kann einen kompletten Intercity-Zug in Stillstand versetzen. Aufgrund des Fahrzeugalters war das vermeintlich triviale Bauteil nicht mehr vorrätig. Auch die ursprüngliche Gussform stand nicht mehr zur Verfügung. Hier leistete dann der 3D-Druck einen wertvollen Beitrag, um Abhilfe zu schaffen, das Ersatzteil herzustellen und das Fahrzeug schnell wieder auf die Schiene zu bringen.