Größter Sand-3D-Drucker für Offshore-Windkraftanlagen

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Schneller und weniger CO2-Emissionen: Der weltweit größte Drucker für Offshore-Windkraftanlagen kann die Herstellung einer gegossenen Offshore-Turbine mit additiver Fertigung von zehn auf zwei Wochen reduzieren.

GE Renewable Energy (NYSE: GE), das Fraunhofer IGCV und die Voxeljet AG (Nasdaq: Vjet) haben sich zu einer Forschungspartnerschaft zur Entwicklung des weltweit größten 3D-Druckers für Offshore-Windkraftanlagen zusammengetan. Ziel der Kooperation ist es, die Produktion von Hauptkomponenten der Offshore-Windturbine Haliade-X von GE zu optimieren. Der 3D-Drucker Advance Casting Cell (ACC) befindet sich noch in der Entwicklung und wird über das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bezuschusst. Er soll Formen für Gusskomponenten, die innerhalb der Gondel der GE Haliade-X verbaut werden, drucken. Der Drucker wird in der Lage sein, die Herstellungszeit der bis zu 60 Tonnen schweren Formen von zehn Wochen auf zwei Wochen zu reduzieren. Weil der Drucker direkt bei den Installationsstätten der Windturbine steht, kann darüber hinaus der CO2-Fußabdruck verringert werden: Durch die Vorort-Produktion entfallen lange Transportwege. Der Projektstart ist im dritten Quartal 2021 geplant und im ersten Quartal 2022 soll es erste Drucktests geben.

Das Projekt umfasst unter anderem die Entwicklung eines neuen, großformatigen 3D-Druckers für die additive Fertigung von Sandformen für den Metallguss von hochkomplexen Bauteilen, die in Gondeln von Offshore-Windkraftanlagen verbaut werden. Das modulare 3D-Druckverfahren basiert auf der Binder-Jetting-Technologie von Voxeljet und kann so konfiguriert werden, dass Gussformen mit einem Durchmesser von bis zu 9,5 Metern und einem Gewicht von mehr als 60 Tonnen gedruckt werden können.

Bessere Gussqualität, bessere Oberflächenqualität
Juan Pablo Cilia, Senior Additive Design Engineer bei GE Renewable Energy, kommentiert: „Die 3D-gedruckten Formen werden viele Vorteile mit sich bringen, unter anderem eine bessere Gussqualität durch verbesserte Oberflächenqualität, Bauteilgenauigkeit und Gleichmäßigkeit. Darüber hinaus ermöglichen additiv gefertigte Formen Kosteneinsparungen, z. B. aufgrund reduzierter Bearbeitungszeiten und Materialeinsparungen durch optimierte Bauteildesigns. Diese noch nie dagewesene Produktionstechnologie wird die Fertigungseffizienz nachhaltig steigern und eine wirtschaftliche, lokale Fertigung in Hochkostenländern ermöglichen - ein entscheidender Pluspunkt für unsere Kunden, die den Nutzen der Offshore-Windenergie für die lokale Wirtschaft maximieren wollen.“

Das Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV ist für gieß- und werkstofftechnische Fragen sowie die digitale Prozessüberwachung zuständig. „Wir nehmen das Thermomanagement während des Gießens unter die Lupe und werden die idealen Mischungsverhältnisse der Druckmaterialien evaluieren“, erklärt Dr. Daniel Günther, Abteilungsleitung Formverfahren und Formstoffe am Fraunhofer IGCV. „Außerdem werden wir im Rahmen des Projekts neue Ansätze zur Prozessüberwachung entwickeln und testen.“ Aufgrund der bisherigen Erfahrungen erwartet das Team, dass sich die Umweltbilanz der Prozesse bei der Herstellung von Windkraftanlagen des Typs Haliade-X deutlich verbessern.

Nachhaltigkeit und Kosten
Nachhaltigkeitsaspekte dieser Art sind fest verankerte Leitgedanken der Fraunhofer-Gesellschaft. So ergänzt Institutsleiter Prof. Dr. Wolfram Volk: „Unser Ziel ist es, den Formdruck zu optimieren, um extrem teure Fehldrucke oder gar Fehlgüsse zu vermeiden, Druckmaterialien wie Binder zu sparen und das mechanische und thermische Verhalten beim Gießen zu verbessern. Durch die Entwicklung eines möglichst ressourcenschonenden Prozesses wollen wir dazu beitragen, die Umwelt und Kostenbilanz bei der Herstellung der Windkraftanlagen zu verbessern.“

Christian Träger, Director Sales & Marketing bei Voxeljet, sagt: „Die Testform, die wir 2019 für GE gedruckt haben, bestand aus Dutzenden von Einzelteilen. Mit dem ACC wollen wir die Anzahl deutlich reduzieren. Zudem können die Formen dank der geometrischen Freiheit des 3D-Drucks in Bezug auf Funktionalität und Materialverbrauch optimiert werden. Das ermöglicht völlig neue Gussdesigns, die die Effizienz der Turbinen weiter steigern können.“

„Während der On-Demand-3D-Druck viele Vorteile für kleine Mengen an Gussteilen bietet, kann ein 3D-Drucksystem vor Ort das Potenzial der Technologie vollständig entfalten. In Anbetracht der Nachfrage an Offshore-Windkraftanlagen ist das eine große Hilfe, um Projekttermine und hohe Marktanforderungen zu erfüllen“, ergänzt Dr. Ingo Ederer, CEO bei Voxeljet. „Mit unserer produktiven Binder-Jetting-Technologie in Kombination mit unserer Erfahrung im großformatigen industriellen 3DDruck sind wir seit über 20 Jahren für Kunden aus der Gießereiindustrie tätig. Es ist unsere Mission, den 3D-Druck in die industrielle Serienfertigung zu bringen und wir freuen uns, Teil dieses bahnbrechenden Projekts zu sein.“

www.igcv.fraunhofer.de

www.voxeljet.de

www.ge.com