3D-printers aan boord van marineschepen. Praktisch, goedkoper én duurzamer.
Marineschepen die vanuit Den Helder op missie gaan, blijven vaak maandenlang op zee. Even naar de bouwmarkt toe als er aan boord iets stuk gaat, is geen optie voor de bemanning. Daarom onderzoekt de Koninklijke Marine de mogelijkheid om met 3D-printers aan boord onderdelen te maken.
Als een Nederlands marineschip uit de haven van Den Helder vertrekt, gaan er aan boord duizenden reserve-onderdelen mee. Die zijn nodig om het schip in alle omstandigheden operationeel te houden, vertelt Patrick Stähli. Hij heeft de leiding bij het ECAM, ofwel het Expertisecentrum Additive Manufacturing, een innovatielab binnen de Directie Materiële Instandhouding van de Koninklijke Marine.
,,Deze reserve-onderdelen variëren van hoogwaardige motoronderdelen tot deksels voor de doucheafvoer, van beschermkappen voor raketten tot verschillende soorten filters. Als je met een schip op zee zit, moet je immers zelfvoorzienend zijn. Maar zo’n grote voorraad aanhouden kost geld en ruimte aan boord. Ieder onderdeel dat niet mee hoeft, is dus meegenomen.’’
Additive Manufacturing (AM), vaak aangeduid als 3D-printen, wordt een alsmaar belangrijkere technologie voor de Nederlandse marine om de inzetbaarheid van het materieel te verhogen, legt Stähli uit. ,,Het principe van AM is het toevoegen van materiaal om zo tot een product te komen. Dat is anders dan veel traditionele wijzen van produceren, waarbij wordt begonnen met een groot stuk grondstof, zoals hout of metaal, waarvan materiaal wordt weggenomen. Met AM kunnen relatief snel producten worden gemaakt op de locatie waar ze nodig zijn. Dat scheelt in logistieke overhead en voorkomt ongebruikte voorraden of juist tekorten. Het maakt ons bovendien flexibeler, omdat we meer ontwerpvrijheid hebben, waardoor producten beter voldoen. Operationeel gezien uiteraard heel belangrijk. Ook onderdelen die moeilijk of helemaal niet meer leverbaar zijn, kunnen we op deze manier toch verkrijgen door ze zelf te blijven maken. En het is daarbij vaak goedkoper en duurzamer.’’
Voorheen was het ECAM gevestigd op het terrein van de Marine in Den Helder. ,,Achter de slagboom,’’ zegt Stähli. ,,Het is immers een militair terrein. Maar zo’n afgesloten plek faciliteert geen organische interactie. Daarom zijn we ruim een jaar geleden verhuisd naar het Maritime Emerging Technologies Innovation Park, kortweg METIP op de Oude Rijkswerf Willemsoord in Den Helder. In zo’n innovatiecentrum als dit, heb je juist wel contact met anderen. En daardoor kom je verder. We spreken hier bijvoorbeeld klanten van andere METIP-bedrijven die op bezoek komen. Zo raakten we tijdens een lunch in gesprek met het NIOZ over het printen met biologisch afbreekbare materialen. Het NIOZ opereert immers in dezelfde uitdagende omstandigheden op zee. Wij gaan nu elkaars expertise op dat gebied delen. Dat was anders nooit gebeurd. We zijn dus heel blij om hier te werken.’’
Het ECAM bestaat op dit moment uit een zestal mensen. ,,Ik geniet van het enthousiasme waarmee we hier samen onderzoek doen en artikelen ontwerpen en produceren. Het is heel leuk werk. We zitten immers in de experimentele fase met veel onbekende factoren, waarvan we de impact nog niet voldoende kennen. Denk aan de deining op zee en de vibraties van de motoren tijdens het printen, maar vooral de extreme omstandigheden waaraan de geprinte onderdelen bloot komen te staan: zon, zeewater, hoge luchtvochtigheid, hoge temperaturen in de motorruimte. We krijgen een steeds beter beeld welke invloed dat heeft op de gebruikte polymeren en zullen nog veel meer gaan testen met verschillende soorten grondstoffen in zulke omstandigheden. Daarvoor hebben we onder andere een AMCOD ontwikkeld: Additive Manufacturing Container Operationele Doeleinden. Dit is een zeecontainer uitgerust met twee werkplekken en een gescheiden ruimte voor 3D-printers. AM-specialisten van het ECAM en/of van een operationele eenheid kunnen hierin onderdelen printen die een eenheid nodig heeft om beter te kunnen opereren. De AMCOD is in diverse operationele omstandigheden in te zetten, van de arctische omstandigheden in Noorwegen tot en met de tropische temperaturen van de jungle in Suriname.’’
Op dit moment staan 3D-printers aan boord van een groot aantal marineschepen. Die kunnen natuurlijk worden gebruikt voor ‘battle damage repair’, maar vaak gaat het om kleine dingen die van belang zijn voor het dagelijkse leven op een marineschip. Stähli geeft een voorbeeld. ,,In 2017 voer Zr. Ms. Rotterdam voor de kust van Somalië, toen een onderdeel in de groentesnijmachine het begaf. Dit onderdeel was niet aan boord en ook niet meer te bestellen. Voorheen zou de oplossing zijn om extra personeel aan te wijzen om de rest van de missie de groenten snijden. Nu echter heeft de bemanning het kapotte onderdeel in 3D gescand, is het onderdeel virtueel gerepareerd en zijn printgrondstoffen onderzocht op voedselveiligheid. Vervolgens hebben ze het onderdeel met de 3D-printer aan boord vervaardigd en geïnstalleerd. In zeer korte tijd was de groentesnijmachine weer functioneel en is dit de hele missie gebleven.’’
De Koninklijke Marine is overigens niet het enige defensieonderdeel waarvoor het ECAM werkt, benadrukt Stähli. ,,Ook bij de Koninklijke Landmacht, Luchtmacht en Marechaussee wordt op verschillende manieren met 3D-printen geëxperimenteerd, afhankelijk van de aard van het krijgsmachtdeel. In het licht van Defensiebrede samenwerking hebben we op verzoek van de Landmacht dummy mijnen gemaakt waarmee militairen kunnen trainen. Die dummy’s waren al jarenlang niet meer leverbaar. Wij hebben ze nagemaakt en nu is het weer een bruikbaar wapensysteem. En zo zijn er talloze andere voorbeelden.’’
Een andere taak van het ECAM is het opleiden van Defensiepersoneel in de basics van het 3D-ontwerpen en -printen, inclusief het klein onderhoud van de printers. Ook met studenten en het bedrijfsleven uit de regio wil het ECAM graag kennis delen. ,,We staan open voor stagiairs en laten studenten graag zien wat de meerwaarde is van additive manufacturing voor het bedrijfsleven. Bedrijven uit de regio zijn eveneens van harte welkom om te komen kijken en te horen wat deze productiemethode voor hun bedrijf kan betekenen. We delen graag onze inzichten in de mogelijkheden en onmogelijkheden van het 3D-printen. Immers, als deze methode in de hele maatschappij meer gemeengoed wordt, heeft dat ook voordelen voor Defensie.’’
