Printed help

Urgently needed spare parts are difficult to procure, especially at sea. 3D printers are now set to provide a remedy.

Der 3-D-Druck bietet der Industrie bereits seit mehreren Jahren vielfältige Möglichkeiten zur additiven Fertigung von Ersatzteilen. Auch deutsche Bündnispartner wie die USA, Norwegen, Großbritannien oder die Niederlande bedienen sich dieser innovativen Technologie, um den technischen Klarstand in ihren Streitkräften zu erhöhen. Mit der Aufstellung des 3-D-Druckzentrums 2017 am Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WIWeB) in Erding, intensivierte die Bundeswehr die Aktivitäten im Bereich der additiven Fertigung. Ziel war es, ab diesem Zeitpunkt eine zentrale Ansprechstelle für die Weiterentwicklung der neuen Technologie zu etablieren. Zeitgleich empfahl die damalige Staatssekretärin Katrin Suder den Inspekteuren die aktive Zusammenarbeit der Organisationsbereiche mit dem 3-D-Druckzentrum, um so die Erschließung für die Bundeswehr weiter voranzutreiben. Damals wie heute bilden die Herstellung von verfügbarkeitskritischen Ersatzteilen, eine effiziente Logistik sowie Innovation den Kern der wissenschaftlichen Arbeit mit dem Ziel, die technische Einsatzbereitschaft von Geräten und Systemen der Streitkräfte weiter zu erhöhen. [ds_preview]

Mit dem Start des Concept-Development-and-Experimentation-Projekts (CD&E) „3-D-DruckBw zur Optimierung der Versorgung mit kritischen Ersatzteilen“ wurde 2018 eine wichtige Grundlage für die weitere experimentelle Untersuchung bezüglich der Anwendung des 3-D-Drucks in der Bundeswehr geschaffen. Unter Federführung des Bundesamtes für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung (Projektleitung BAAINBw T 1.6) sowie in enger Zusammenarbeit mit dem Planungsamt der Bundeswehr (PlgABw IV 2(1) und 1(3), Experimentleitung und Analyse) konnten bei diesem Projekt weitreichende Erkenntnisse gewonnen werden, was letztlich zum Nachweis des Mehrwerts der additiven Fertigung geführt hat. Die Marine ist seit 2019 durch das Dezernat Wissenschaftliche Unterstützung aus der Abteilung Planung des Marinekommandos aktiv am Vorhaben beteiligt. Im Januar 2021 entschied der damalige Stellvertreter des Inspekteurs der Marine und Befehlshaber der Flotte, Vizeadmiral Rainer Brinkmann: „Die Deutsche Marine überprüft an Bord seegehender Einheiten eigene Erkenntnisse und die anderer Nationen und Organisationen im Bereich additiver Fertigung/3-D-Druck (AF).“

Somit fiel der Startschuss für umfassende Untersuchungen und Experimente an Bord von Schiffen und Booten sowie bei Landeinheiten der Marine. Die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit den beteiligten Dienststellen und der Flotte wurde nach dem Kommando der Admiralität „alle Hebel auf die Back“ weiter forciert und die Community of Practice untersuchte ab diesem Zeitpunkt entscheidende Kernfragen: „Welchen Mehrwert können an Bord eingesetzte 3-D-Drucker für die Verbesserung der Einsatzbereitschaft erzielen?“ oder „Welchen Einfluss haben die maritimen Faktoren an Bord von Schiffen auf die Druckqualität und Güte der gefertigten Ersatzteile?“

Einbau eines an Bord gedruckten See-Kühlwasserfilters, Foto: Bw/Sascha Hartig

Das Dezernat Wissenschaftliche Unterstützung war während des CD&E-Vorhabens für die maritimen Anteile der konzeptionellen sowie analytischen Arbeitspakete zuständig. Darüber hinaus erfolgte die Unterstützung der Arbeitskreise Technik, Organisation, Logistik und Ausbildung, die Erstellung von Szenaren sowie die Planung und Beschaffung der technischen Ausstattung für die Erprobungsträger. Verantwortlicher Hauptakteur aus dem Bereich Wissenschaft und Forschung war und ist das Laboratorium Fertigungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität (HSU) der Bundeswehr in Hamburg. Dank seiner personellen und materiellen Unterstützung konnten hochpräzise Experimente mit 3-D-Druckern unter anderem auf den Fregatten SACHSEN, NORDRHEIN-WESTFALEN und BAYERN, der Korvette ERFURT, dem Einsatzgruppenversorger BERLIN sowie beim Seebataillon erfolgreich durchgeführt werden.

SACHSEN mit 3-D-Drucker

Im November 2021 lief mit der Fregatte SACHSEN erstmals eine deutsche Einheit mit einem prototypisch eingerüsteten 3-D-Industriedrucker zur Durchführung des Limited Objective Experiment 4 (LOE 4) aus. Zusätzlich wurden zwei kleine 3-D-Drucker aus dem Customer-Bereich eingeschifft. Der praktische Experimentaufbau wurde durch Beschleunigungssensorik und Messtechnik ergänzt. Im Experimentzeitraum untersuchte die Marine den Prozess des Kunststoffdrucks praxisnah und unter Einsatzbedingungen und sammelte wichtige Erkenntnisse, welche zur Bewertung des operativen, technischen und logistischen Mehrwerts des 3-D-Drucks beitrugen. Verantwortlich für die experimentelle Durchführung der Szenare an Bord und die wissenschaftliche Beantwortung der Leitfragen waren zwei Projektoffiziere der HSU aus Hamburg. Unterstützung bei der Konstruktion sowie der Bedienung der 3-D-Drucker bekamen sie dabei von Soldaten des Bordkommandos, welche zuvor beim WIWeB in Erding die 3-D-Druck Ausbildung absolvierten.

Nach vier Wochen in der Nordsee und mehreren erfolgreichen Notinstandsetzungen sowie innovativen Verbesserungen stand fest, dass der Nachweis der Einsatztauglichkeit von 3-D-Druckern an Bord durch die Herstellung von insgesamt 586 Kunststoff-Bauteilen erbracht wurde. Damit wurde der Mehrwert von einfachen additiven Fertigungseinrichtungen auf seegehenden Einheiten überzeugend dargestellt und das Ziel des Experiments erreicht. Zu den Bauteilen, welche bezüglich ihrer Kritikalität (Notinstandsetzung, schwer beschaffbar, Engpassartikel, lange Lieferzeiten oder nicht [mehr] versorgbar) eingestuft und additiv gefertigt wurden, zählten beispielsweise die Endlagensicherung Generatorschalter, eine Seewasser-Abdeckung für das MG, Seefilter für die Seekühlwasserpumpe, eine Trackballhalterung sowie Schanztöpfe und Speigattglocken. Die verschiedenen Auswirkungen des Seegangsverhaltens sowie eine Wellenhöhe bis zu vier Metern hatten keinen Einfluss auf die durchgeführten Referenzdrucke.

Aus CD&E wird Rüstungsprozess

Ein gelungenes CD&E-Vorhaben ist jedoch noch kein Garant für die Einleitung des Planungsprozesses und die spätere Nutzung neuer Technologien in der Bundeswehr. Auf dem Zukunftstag Additive Fertigung in der Bundeswehr am im Oktober 2021 am WIWeB in Erding folgte ein weiterer Meilenstein in Richtung einer erfolgreichen Etablierung. Im Beisein des Amtschefs des Planungsamts der Bundeswehr und des Abteilungsleiters Planung des Marinekommandos, empfahl Staatssekretär Benedikt Zimmer die beschleunigte Einführung der additiven Fertigung in die Bundeswehr unter Berücksichtigung eines effizienten Planungsprozesses.

Der vorliegende Erkenntnisgewinn aus dem zu diesem Zeitpunkt bereits durchgeführten Limited Objective Experiment 3 im WIWeB sowie die zuvor erfolgreich verlaufenen Vorexperimente bei der Marine leisteten dieser initialen Beschaffungsankündigung Rückenwind. Bereits kurze Zeit später wurde mit der Aufstellung der Projektleitung des Integrierten Projektteams (IPT) 3-D-Druck Bw im Planungsamt der Bundeswehr begonnen und erste Planungsunterlagen erstellt. Zurückschauend betrachtet hätte wohl kein Experte erwartet, dass bereits im Dezember 2021, unmittelbar nach dem Einlaufen der Fregatte SACHSEN, für das IPT der Kick-off zur Beschaffung von 3-D-Druck-Systemen für die Bundeswehr und die Marine starten sollte. In mehreren Sitzungen des Projektteams und diversen Expertenworkshops der Marine wurde ein Ansatz ermittelt, der eine kontrollierte Implementierung der additiven Fertigung ermöglicht und durch eine parallele Evaluierung mit Blick auf die Zielbefähigung anpassungsfähig ist.

Die weitere Planung sieht in Abhängigkeit des Abfließens der Finanzmittel sowie der Liefererwartung der Industrie vor, dass ab dem vierten Quartal dieses Jahres die ersten 25 Drucksysteme für die Fregatten 124 und 125, die Einsatzgruppenversorger, die Systemunterstützungsgruppen, die Marinetechnikschule und das Seebataillon ausgerollt werden. Aktuell wird mit Hochdruck an der Beschaffung, aber auch an begleitenden Konzepten zu Logistik und Ausbildung gearbeitet. Darüber hinaus werden die Leitlinien 3-D-Druck als Grundlagendokument entwickelt. Schließlich sind Rechtsfragen sowie Fragen zur Thematik Arbeitssicherheit und Unfallschutz zu klären und zu beantworten. Leuchtfeuer und Kompass ist in diesem Zusammenhang die 3D-Projektleitung im Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe.

A look into the future

Nachdem die Anfangsbefähigung der Marine 2023 abgeschlossen ist, wird ab 2024 die Grundbefähigung sowie ab 2029 die Zielbefähigung eingeleitet. Die weitere Planung sieht vor, dass nach der Evaluation der Anfangsbefähigung weitere Einheiten der Marine materiell mit 3-D-Drucksystemen ausgestattet werden sollen. Weiterhin wird im Bereich der Forschung der Fokus auf die Wiederverwendbarkeit von Fertigungsstoffen und das Recycling von Plastikabfällen gelegt. So könnte in absehbarer Zukunft eine materialneutrale Ausbildung möglich sein und außerdem ein grüner Schritt Richtung Autarkie der seegehenden Einheiten gemacht werden.

Kapitänleutnant Reiner Baier und Korvettenkapitän Matthias Broese arbeiten im Dezernat Wissenschaftliche Unterstützung in der Abteilung Planung des Marinekommandos.

Reiner Baier und Matthias Broese