Techniek&innovatie
Baggeren tijdens de uitbreiding van het Suezkanaal. Kunnen reserveonderdelen straks op locatie 3D geprint worden?

3D-printen in de maritieme en offshore sector

Branche: Maritieme Cluster, Toeleveranciers | Auteur: Jan Spoelstra | Publicatiedatum:

Op ieder boorplatform en schip een 3D-printer, om zo componenten die aan vervanging toe zijn op locatie te fabriceren. Boor- of baggerschepen hoeven niet meer te wachten op reserveonderdelen, ze kunnen ze gemakkelijk zelf aan boord maken. Maar uitdagingen zijn er nog voldoende.

Lloyd’s Register startte deze zomer een Joint Industry Project (JIP) met het Britse TWI (The Welding Institute) om certificeringsrichtlijnen te ontwikkelen langs welke componenten voor onder andere offshore installaties gefabriceerd en gekeurd kunnen worden. TWI is een kennisorganisatie op het gebied van materiaalkunde ten behoeve van de industrie en spreekt samen met klassebureau Lloyd’s Register liever over de meer generieke term additive manufacturing (AM) dan over 3D-printen.

Het belangrijkste argument om producten via AM-technieken te fabriceren is de mogelijkheid om geheel nieuwe vormen uit één stuk materiaal te maken. Zo ligt op de redactie van Maritiem Nederland een 3D-geprint schaakstuk van doorzichtig plastic, een toren met in het midden een complexe wenteltrap uit één stuk plastic. Doordat in het midden van de toren verschillende holten zitten, is het onmogelijk om zo’n stuk plastic via bijvoorbeeld spuitgieten in een mal uit één stuk te maken.

“Je kunt je voorstellen dat via additive manufacturing een bepaalde structuur in het holle binnenste deel kan worden voorzien van spiraal- of andervormige structuren, terwijl het wel één stuk materiaal zonder naden of lassen blijft. Zo kun je componenten sterker en lichter maken. Dit gebeurt al in de lucht- en ruimtevaartindustrie”, aldus William Wistance, specialist op het gebied van AM bij Lloyd’s Register in London.

Laag voor laag

Het reeds gestarte JIP kijkt vooral naar metalen onderdelen, waarbij twee AM-fabricagemethoden het meest voor de hand liggen. Allereerst de zogenaamde powder bed fusion methode waarbij een laser een laagje fijn 'atom metal based' poeder op heel specifieke plaatsen met elkaar versmelt. Zo kun je laag voor laag met de laser langs de plaatsen waar het volgende laagje poeder met de zojuist ontstane constructie moet versmelten. Zo kun je onderdelen vanuit het poeder from scratch opbouwen, aldus de Brit.

Via de laser metal deposition methode wordt het 'metal based' poeder op het te fabriceren onderdeel gespoten en op de plek waar de twee samenkomen worden ze met elkaar versmolten met een laser. Wistance: “Via deze methodes kun je componenten vanuit het poeder opbouwen, of je kunt laagjes, zelfs van verschillend materiaal, aanbrengen op bestaande componenten. Zo kun je compleet andere onderdelen fabriceren dan voorheen mogelijk was, niet alleen qua vorm, maar ook qua samenstelling van materialen.”

Samen met TWI wil Lloyd’s Register richtlijnen en standaarden opstellen waar het AM-fabricageproces en de uiteindelijke producten aan moeten voldoen. Als die standaarden en richtlijnen er zijn, kunnen reders en offshore bedrijven een AM-machine aan boord zetten, en zo zelf de te vervangen onderdelen ter plaatse fabriceren - zou je zeggen. Maar daar zijn we nog lang niet.

“Er zijn veel factoren die invloed hebben op de uiteindelijke kwaliteit van componenten”, legt Wistance uit. “Het is heel moeilijk om het metaalpoeder van homogene kwaliteit te krijgen over de verschillende productielocaties in de wereld: de chemische samenstelling, de korrelgrootte en de vorm van de korrels variëren vaak licht van elkaar. Daardoor is het herhaaldelijk produceren van exact hetzelfde onderdeel nog een uitdaging, en dat maakt certificeren lastig.”

Een volgende uitdaging zit in de machines. Wistance legt uit: “Er bestaan apparaten die ter plaatse van de laser een gecontroleerde atmosfeer genereren. Daarnaast is het mogelijk om de temperatuur, druk en luchtvochtigheid in de ruimte van de machine te beheersen. Maar het samensmelten van het metaal tot op de nanometer nauwkeurig wordt tevens beïnvloed door elektronische interferentie in het gebouw waar de machine staat. Ook lichte vibraties kunnen de poreusheid van de uiteindelijke componenten beïnvloeden.”

Snelle ontwikkelingen

De nadelige effecten van vibraties en elektrische installaties rondom de AM-installatie doen vermoeden dat AM aan boord van schepen nog wel even op zich laat wachten, “maar vergis je niet”, waarschuwt Wistance. “In de luchtvaart wordt het al toegepast, de ontwikkelingen gaan sneller dan je denkt. Maar inderdaad, het valt eerder te verwachten dat er AM-fabrieken (zgn. Field Labs) in alle grote, maar ook in afgelegen, havens komen te staan. Dan kun je dicht bij de plaats waar je onderdelen nodig hebt, de onderdelen fabriceren.”

De specialist van Lloyd’s Register denkt wel dat het beschermen van het intellectueel eigendom een probleem is waar we voor het grootschalig inzetten van AM over moeten nadenken. Hoe voorkom je dat jouw ontwerp dat ver weg geprint wordt niet ook gekopieerd wordt?

Een volgende uitdaging is de invoering binnen de offshore industrie. Introductie van nieuwe materialen en productiemethoden duurt daar doorgaans lang, omdat grote oliebedrijven enorm focussen op veiligheid. Een olieramp leidt tot miljarden aan claims en boetes, dus dan kijk je wel uit met 3D-geprinte onderdelen in een uithoek van de wereld. “Dat is precies waar wij nu het voortouw hebben genomen en dit Joint Industry Project zijn gestart. We moeten certificeringsrichtlijnen ontwikkelen waar AM-machines wereldwijd aan moeten voldoen om overal dezelfde kwaliteit onderdelen te leveren.”

Lloyd’s Register denkt dat de sector eerst minder kritische onderdelen van een boorplatform of schip via 3D-printen zal fabriceren. Wistance hoopt dat dat de sector over de streep trekt om verder te kijken.

Lloyd's Register EMEA
Europort standnummer 3304

Deel deze pagina

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland