US Army Corps und Lincoln Electric produzieren Teil eines Schiffsarretierungssystems mit 3D-Druck

Im März installierte das USACE Detroit District das größte mit einem 3D-Drucker hergestellte Bauteil für die zivile Infrastruktur in den USA – ein 12 Fuß langes Metallteil für das Schiffsfangsystem am Poe Lock, einem der zwei aktiven Schleusen des Soo Locks-Komplexes. Basierend auf jahrelanger Forschung durch das U.S. Army Engineer Research and Development Center (ERDC) wurde das Teil in 12 Wochen hergestellt – im Vergleich zu 18 Monaten, die für die herkömmliche Fertigung veranschlagt wurden. Es wurde während der winterlichen Wartungsperiode der Soo Locks installiert und in Betrieb genommen.

Diese schnelle Reparatur stellte den normalen Betrieb am Poe Lock sicher, einem Haupttransitpunkt für inländisches Eisenerz. Eine unerwartete Schließung wäre laut einer Studie des Department of Homeland Security (DHS) von 2015 „katastrophal für die Nation“ gewesen.

“Wir sichern unsere Nation und kurbeln unsere Wirtschaft an, indem wir strategische Wasserressourcen und Infrastrukturen betreiben, pflegen und erhalten”, sagte Oberstleutnant Brett Boyle, Kommandant des USACE-Distrikts Detroit. “Das ist eine Herausforderung, da unsere Infrastruktur immer älter wird. Diese Herausforderungen sind eine Chance, unser Programm auf neue, innovative Weise durchzuführen, die uns effizienter macht. Das Poe-Lock-Schiffsarretierungsprojekt war eine solche Gelegenheit für unser Team, mit den Forschern des ERDC zusammenzuarbeiten, um die vorhandene 3D-Drucktechnologie auf eine Weise zu nutzen, die sicher eine hervorragende Qualität lieferte und gleichzeitig die langen Vorlaufzeiten des heutigen Umfelds überschritt.”

“Rund 88 % des im Inland produzierten hochfesten Stahls, der zur Herstellung von Produkten wie Autos und Haushaltsgeräten verwendet wird, wird aus Eisenerz hergestellt, das durch die Soo-Schleusen transportiert wird”, sagte Mollie Mahoney, Senior Project Manager des Distrikts Detroit.

Das Projekt zeigte eine starke Zusammenarbeit zwischen der Erfahrung des ERDC im Bereich des additiven Fertigungs, dem tiefgreifenden Wissen des Detroit Districts über die Soo Locks und die Anwendungsbedürfnisse für das Fangarm und die Expertise von Lincoln Electric bei der Fertigung und dem Schweißen von Großkomponenten.

“Es gibt nur eine Handvoll Orte auf der Welt, an denen Metallteile in diesem Maßstab gedruckt werden können, und bei vielen dieser Teile handelt es sich um Zylinder”, sagte Dr. Zack McClelland, ein Forschungsingenieur beim ERDC. “Der Arretierungsarm der Poe Lock zeigt, was mit dieser Technologie in Bezug auf komplexe Konstruktionen möglich ist, und er signalisiert einen Paradigmenwechsel bei der Herstellung großer Teile”.

“Wir haben versucht, die Skala zu erweitern und die Kosten zu senken, indem wir neue Fertigungsansätze verwenden”, sagte Dr. Robert Moser, ERDC Senior Scientific Technical Manager für Materialien, Fertigung und Strukturen. “Ein großer Teil unserer Forschung besteht darin, die besten Parameter für die Herstellung einiger der von uns gewünschten Metalle zu ermitteln und sicherzustellen, dass wir Defekte, die die Festigkeit oder Ermüdung beeinträchtigen würden, auf ein Minimum reduzieren. Wir müssen die mechanische Leistung dieser Teile validieren und sicherstellen, dass sie genauso gut oder besser sind als die Teile, die wir bereits haben. In diesem Fall war es mindestens 20 bis 30 Prozent stärker als die zuvor verwendeten Metalle.”

Durch die fortschrittliche additive Fertigungskapazität des USACE wird die Beschaffungszeit für Komponenten von Monaten auf Tage reduziert, was die Zuverlässigkeit kritischer Infrastrukturen für den Hochwasserschutz und die Schifffahrt verbessert und so Gemeinschaften schützt und das wirtschaftliche Wachstum fördert.