Marine testet noch Bundeswehr: Ersatzteilversorgung aus dem 3D-Drucker

Ersatzteilbeschaffung auf hoher See: Deutsche Marine testet den Einsatz von 3D-Druckern auf der Fregatte Sachsen. Quelle: imago images

Geht auf Einsätzen von Kriegsschiffen ein wichtiges Bauteil kaputt, hilft meist nur kreative Flickschusterei. Kann 3D-Druck eine Alternative sein?

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Etwas verlassen steht der große graue Kasten mitten im riesigen Hangar der Bundeswehrfregatte „Sachsen“. Hier, wo auf regulären Patrouillenfahrten des deutschen Kriegsschiffs der immerhin gut 15 Meter lange Bordhubschrauber parkt, steht in diesen Tagen ein 3D-Drucker vom Format eines zweitürigen Kleiderschranks. Mit gelben Spanngurten ist das  klobige Gerät fest am Boden verzurrt, um bei Seegang nicht zu verrutschen.

Mit der Maschine des US-Herstellers Stratasys wollen Fachleute der Marine und der Hamburger Helmut-Schmidt-Universität der Bundeswehr testen, ob sich auch unter den widrigen Bedingungen einer Nordseefahrt Maschinen- und Ausrüstungsteile per Kunststoffdruck herstellen lassen. Denn was in der Logistikbranche oder der Luft- und Raumfahrt längst etabliert ist, die Fertigung räumlicher Bauteile mithilfe spezieller Drucker, stellt die Technik auf See vor ganz neue Herausforderungen.

Unternehmen wie Daimler, die Deutsche Bahn, Airbus oder Etihad nutzen teils seit Jahren diese Drucker, die mittels Laser oder mikroskopisch feinen Düsen dreidimensionale Werkstücke aus Metall- oder Kunststoffpulver beziehungsweise Kunststoffbändern verschmelzen. Das Lieferkettenchaos durch Corona, Containermangel, havarierte Frachter und Ukraine-Krieg hat dem industriellen Einsatz der sogenannten additiven Fertigung noch zusätzlichen Schub verliehen. Doch funktioniert, was in festen Werkshallen etablierte Praxis ist, auch auf einem schwankenden Kriegsschiff?

Um im Ernstfall helfen zu können, müssen die Statasys-Drucker und ihre Pendants des Herstellers Prusa auf Maß arbeiten, während das 52.000-PS-Duett aus zwei Schiffsdieseln und einer Gasturbine die mehr als 140 Meter lange und gut 17 Meter breite Fregatte in Dauervibrationen versetzen. Auch muss der verarbeitete Kunststoff haltbar genug verschmelzen, wenn statt gefilterter Luft in klinisch reinen Werkshallen eine salz- und ölgeschwängerte Seebrise durch den Helikopterhangar weht.

Der Drucktest der Marine in diesem Sommer ist Teil eines umfassenden Forschungsprojekts der Bundeswehr zur Nutzung des 3D-Druckens. Bereits seit 2017 betreiben die Militärs dazu ein eigenes 3D-Testzentrum in Erding bei München. Seit Herbst 2021 steht fest, dass Exemplare der Druckmaschinen für ausgewählte Bundeswehrstandorte beschafft und bis Ende 2022 in Betrieb genommen werden sollen. 

Auch erste Erfahrungen mit eher widrigen Umständen gibt es bereits. Im Feldlager der Bundeswehr im afghanischen Masar-i-Scharif hatten Technikexperten schon 2020 einen der rund 600 Kilogramm schweren Stratasys-Drucker installiert. Unter anderem druckten die Soldaten vor Ort Verschleißteile, die in der afghanischen Provinzstadt nicht immer verfügbar waren, darunter Schutzkappen, Hüllen oder angepassten Handyhaltern für den Einbau in Fahrzeugen. Daneben konstruierten sie unter anderem maßgeschneiderte, bruchsichere Ampullenboxen für Sanitäter oder Kopfteile von Corona-Schutzmasken für die Behandlung beim Truppenarzt.

Noch keine Zulassung für Waffen und tragende Teile

Dabei ist klar, dass zumindest der Kunststoffdruck für viele Anwendungen bei der Bundeswehr kein vollwertiger Ersatz für reguläre Bauteile sein kann. Unter anderem, weil etwa Waffenteile oder bestimmte tragende Elemente aus Metall gefertigt und zudem für die Einsatzbelastungen zertifiziert sein müssen. Inzwischen testet die Bundeswehr auch den Druck von Teilen auf Basis von Metallpulver, doch noch fehlt es an den entsprechenden Zulassungen für Komponenten aus Metall.

In vielen Fällen aber, so die Hoffnung auch der Fertigungsforscher auf der Fregatte „Sachsen“, könnte der Ersatzteildruck trotzdem helfen, Defekte rasch zu beheben. „Wenn etwa bei längeren Einsatzfahrten für ein Gerät plötzlich kein Ersatzteil mehr an Bord ist, müssten wir sonst eventuell die Tour abbrechen und in den Hafen fahren, um dieses Teil zu bekommen“, sagt Sascha Hartig, Kapitänleutnant und wissenschaftlicher Mitarbeiter der Hamburger Bundeswehruniversität.

Im Praxistest auf der Nordsee geht es zunächst um vergleichsweise profane Bauteile. So testen die Bundeswehrexperten unter anderem den Druck von Montagehaken für Infusionsbeutel und speziellen Haltern für die Trackballs. Mit denen steuern die Soldaten an Bord unter anderem die Radar- und IT-Systeme der unter anderem auf Luftabwehraufgaben und die U-Boot-Jagd spezialisierten Fregatte. 

Vor allem die Trackball-Halter sind im Grunde nicht mehr als ringförmige Blenden, die sich in der Oberfläche der Bedientische arretieren lassen. Wenn allerdings eine der Blenden aus der Halterung bricht, müsste normalerweise die ganze Steuereinheit getauscht werden. Auf der „Sachsen“ geht es daher auch darum zu klären, ob sich der Arbeitsplatz des Radar- oder IT-Experten mithilfe eines Ersatzteils aus dem Drucker auch ohne Tausch der kompletten Technik kurzfristig wieder reparieren lässt.

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Nach 30 Minuten Druckzeit ist trotz Seegangs, Schwanken und Vibrationen klar: Abgesehen von der roten Farbe des Kunststoffs gleicht der Nachdruck seinem Vorbild so genau, dass sich das Ersatzteil exakt in der Halterung am Bedienertisch auf der Brücke der Fregatte arretieren lässt. Zwar seien die Teile aus dem 3D-Drucker nicht unbedingt eine Lösung für die Ewigkeit, sagt Technologieexperte Hartig. Müssten sie aber auch nicht: „Nach der Tour, zurück im Hafen, können wir die Anlage immer noch in den Originalzustand zurückversetzen.“

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