Mehr Bereitschaft mit mobilen, robusten Metall-AM

Das australische Unternehmen SPEE3D ist seit langem in Branchen tätig, die robuste und flexible Fertigungslösungen für Produktion und Wartung benötigen, wie z. B. Verteidigung, Schifffahrt und Rohstoffgewinnung. Die Spezialität des Unternehmens, die additive Fertigung durch Kaltgießen (Cold Spray Additive Manufacturing, CSAM), hat sich in diesen Sektoren bewährt, da die Technologie in der Lage ist, gussäquivalente Teile auf Anfrage zu produzieren, und weil sie einen außergewöhnlich schnellen Festkörperprozess ermöglicht, bei dem Metallpulver mit Überschallgeschwindigkeit aufgesprüht wird, um Metallteile aufzubauen. Jetzt hat SPEE3D seine Lösung für die additive Fertigung von Metallteilen mit der Expeditionary Manufacturing Unit (EMU) ausgebaut. Dabei handelt es sich um eine mobile Einheit, die es den Anwendern ermöglicht, eine durchgängige Metall-AM am Ort des Bedarfs einzusetzen und weniger abhängig von fragilen Lieferketten zu sein.

Die Expeditionary Manufacturing Unit (EMU)

Die im Frühjahr 2024 erstmals vorgestellte EMU von SPEE3D ist eine Komplettlösung, die aus dem robusten 3D-Drucker XSPEE3D und der Nachbearbeitungs- und Testeinheit SPEE3Dcell besteht, die beide in zwei 20-Fuß-Schiffscontainern untergebracht sind, um einen einfachen Transport und Einsatz zu ermöglichen.

Der XSPEE3D 3D-Drucker, der auf der CSAM-Technologie von SPEE3D basiert, wurde speziell für den Druck und die Reparatur von Teilen an abgelegenen Orten und unter schwierigen Bedingungen entwickelt. Das Gerät mit einem großen Bauvolumen von bis zu 0,9 x 0,7 Metern kann Teile mit einer Geschwindigkeit von 100 g/Minute aus einer Vielzahl von Metallen drucken, darunter Aluminium, Aluminiumbronze, Edelstahl und Kupfer. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Maschine in einem Container untergebracht ist, unabhängig davon, ob sie als Teil der EMU oder als eigenständiges System erworben wird.

Die SPEE3Dcell ihrerseits ist der zweite wichtige Teil der EMU. Bei diesem System handelt es sich um eine integrierte Nachbearbeitungseinheit, die eine dreiachsige CNC-Maschine, zwei Wärmebehandlungsöfen (einen Sinter- und einen Alterungsofen) sowie Werkzeug- und Prüfgeräte zur Bewertung und Validierung von Metallteilen vor Ort umfasst. Diese Mehrkomponentenlösung ist außerdem sicher in einem Twist-Lock-Container verpackt, um den Einsatz und Transport zu vereinfachen. Das gesamte EMU-System kann auf einer einzigen Plattform transportiert werden, sei es auf einem Lastwagen, einem Schiff oder einem Frachtflugzeug.

„Die Markteinführung unserer Expeditionary Manufacturing Unit ist eine Antwort auf die derzeitige Situation der globalen Lieferkette, die anfällig ist und zunehmend unter Druck gerät“, erklärte Byron Kennedy, CEO von SPEE3D, anlässlich der Markteinführung der EMU. „Ein Teil des Problems für die Verteidigungs- und andere Schwerindustrien besteht darin, kritische Ausrüstung schnell zum Laufen zu bringen, um kostspielige Produktionsverzögerungen zu vermeiden. EMU ermöglicht es [Verteidigungsunternehmen], die Kontrolle zu übernehmen, indem es ihnen die Möglichkeit gibt, Teile sehr schnell von überall aus zu drucken und nachzubearbeiten.“

Robust, effizient, agil

Für die Endnutzer liegen die Vorteile auf der Hand: Die End-to-End-Produktionslösung ist nicht nur transportabel und robust, sondern steigert auch die Fertigungs- und Reparatureffizienz drastisch. Laut SPEE3D kann es Wochen dauern, bis ein Ersatzteil aus Metall mit Hilfe von Gussteilen und traditionellen Lieferketten hergestellt oder beschafft ist. Mit EMU können Endnutzer Komponenten in nur wenigen Stunden herstellen – und zwar in der Nähe des Bedarfs, wodurch eine komplexe Logistik entfällt.

Darüber hinaus ist das CSAM-Verfahren von SPEE3D im Vergleich zu einigen anderen additiven Metallherstellungsverfahren intuitiv und kosteneffizient (denn im Gegensatz zu LPBF werden beim Kaltgasspritzen keine teuren Gase und energieintensiven Laser benötigt). Die Technologie erfordert nicht einmal den Einsatz von Wärme, da sie Metallteile mit voller Dichte durch Ultraschallkaltspritzen herstellt, bei dem Metallpartikel durch die Erzeugung kinetischer Energie verschmolzen werden. Sie fragen sich vielleicht, warum die SPEE3Dcell zwei Wärmebehandlungsanlagen integriert. Ganz einfach, weil diese Systeme die Eigenschaften von CSAM-Drucken verbessern können, indem sie die Zähigkeit des Materials erhöhen und potenzielle Defekte in der Materialstruktur beseitigen, um die strengen Anforderungen von unternehmenskritischen Teilen zu erfüllen.

Wie die Wärmebehandlung ist auch die CNC-Bearbeitung bei der Endbearbeitung von CSAM-Teilen kein absolutes Muss, aber sie ist nützlich, um sicherzustellen, dass die gedruckten Metallteile oder Reparaturen die richtigen Toleranzen aufweisen. Zusätzliche Endbearbeitungstechniken wie Oberflächenbehandlung und Polieren können je nach den Anforderungen der Anwendung ebenfalls durchgeführt werden. Durch die Einbeziehung all dieser industriellen Nachbearbeitungsoptionen in das EMU-Paket wird sichergestellt, dass die Endanwender selbst die Anforderungen der anspruchsvollsten unternehmenskritischen Anwendungen erfüllen können.

Die EMU von SPEE3D verfügt außerdem über mehrere Automatisierungen, einschließlich automatisierter Roboter- und Softwaresysteme, die die Schulungsanforderungen für die Nutzung der Metall-AM-Lösung vereinfachen und somit die Integration in die Instandhaltungsabläufe rationalisieren.

Verteidigung, Schifffahrt und darüber hinaus

Bislang wurde die expeditionsfähige 3D-Drucklösung von SPEE3D vor allem eingesetzt von Verteidigungsunternehmen und dem Militär, die von der verbesserten Einsatzbereitschaft der Technologie profitieren. Die SPEE3D EMU kann jedoch ebenso bedeutende Vorteile für andere Branchen wie die Schifffahrt und die Rohstoffgewinnung haben, die das mobile System beispielsweise für die Reparatur von Schiffsteilen im nächstgelegenen Hafen oder für den Druck von Ersatzkomponenten direkt im Bergbau einsetzen können.

Im Verteidigungssektor wurde die EMU von SPEE3D für zwei Versuchsprojekte ausgewählt: Trident Warrior – Teil der RIMPAC-Übung des US-Verteidigungsministeriums – und die SALVEX-Übung der US-Marine. Bei beiden Übungen, die auf Hawaii stattfinden, werden die Fähigkeiten der Expeditionslösung und ihre Eignung für die Reparatur und den Austausch von Ausrüstungen unter widrigen Bedingungen geprüft.

Im Rahmen der Trident Warrior-Übung, die im vergangenen Sommer erfolgreich abgeschlossen wurde, druckte ein Team von Ingenieuren des Consortium for Advanced Manufacturing Research and Education (CAMRE) eine Reihe von 11 gussäquivalenten Metallteilen für die U.S. Army, Navy, Air Force und Coast Guard in 3D. Die aus Aluminium und rostfreiem Stahl gefertigten Teile wurden mit der EMU gedruckt und fertiggestellt. Sie wurden gründlich getestet, um ihre Materialeigenschaften zu validieren und sicherzustellen, dass das Metall-AM-Verfahren den Anforderungen entspricht. Letztendlich war die Trident Warrior-Übung ein Erfolg, da die Lösung von SPEE3D bewies, dass sie die Produktions- und Lieferzeiten für kritische Metallteile minimieren und die militärischen Lieferketten in einem umkämpften Umfeld stärken kann.

Die SALVEX-Übung wurde vom Naval Sea Systems Command (NAVSEA) in Pearl Harbor auf Hawaii organisiert. Im Rahmen der Übung „retteten“ Reservisten der US-Marine ein Schiff, das auf See schwer beschädigt und in den Hafen zurückgeschleppt worden war, indem sie die Expeditionary Manufacturing Unit zum Drucken kritischer Metallteile einsetzten.

Ziel der Übung ist es, den Einsatz von CSAM für die Schiffsreparatur unter kritischen Bedingungen zu erproben. „Die Gewährleistung der Sicherheit unserer Nation erfordert eine Technologie, die in allen Umgebungen – auch auf See – erfolgreich eingesetzt werden kann“, sagte ein Sprecher der Marine. „Probleme in der Versorgungskette sind weit verbreitet, daher ist die Möglichkeit, Metallteile schnell und von jedem Ort aus herzustellen, ein großes Problem, das wir gerne testen und hoffentlich lösen möchten.“

Neben diesen militärischen Anwendungsfällen verfügt SPEE3D über eine beeindruckende Reihe von Partnerschaften im militärischen Bereich, darunter mit der US-Armee, der britischen Armee, der australischen Armee und den japanischen Bodenverteidigungskräften. Im maritimen Bereich – Sie können ausführlich über die Aktivitäten des Unternehmens in dieser Branche in unserem 2024 Maritime AM eBook lesen – hat SPEE3D mit der NAVSEA und verschiedenen internationalen Marinen zusammengearbeitet.

Letztlich ist die Expeditionary Manufacturing Unit von SPEE3D eine vielseitige Lösung, die sich durch ihre Robustheit und Mobilität von anderen Lösungen in der additiven Metallfertigung abhebt. Heute ist die EMU einzigartig positioniert, um Endanwendern in den Bereichen Verteidigung, Schifffahrt, Energie und darüber hinaus die Möglichkeit zu geben, ihre Einsatzbereitschaft durch 3D-Druck, Nachbearbeitung und Validierung von gussäquivalenten Metallteilen in nur wenigen Stunden und – was besonders wichtig ist – am Ort des Bedarfs zu erhöhen, sei es an der Front, an Bord eines Schiffes oder in einem Bergwerk.

Dieser Artikel wurde ursprünglich in VoxelMatters‘ VM Focus Metal AM eBook veröffentlicht. Lesen oder downloaden Sie das komplette eBook kostenlos unter diesem Link.