För att göra den europeiska sjöfartsindustrin mer konkurrenskraftig globalt, innovativa material behövs för att förbättra fartygens prestanda och göra dem mer miljövänliga. På senare år har andra industrier har gjort stora framsteg på detta område. Dock, sjöfartssektorn släpar efter när det gäller införandet av avancerade material som har ett mindre miljöavtryck och är billigare och lättare att underhålla.

Att göra sin del för att driva den maritima industrin framåt, det EU-finansierade projektet RAMSSES har utnyttjat nya lätta, högpresterande material för att utveckla den första demonstratorn av ihåliga propellerblad. Detta innovativa resultat uppnåddes med hjälp av additiv tillverkning (AM) – en process där 3D-objekt byggs genom att lägga till lager på lager av material. I en onlinenyhet publicerad i tidskriften "Marine Propulsion &Auxiliary Machinery", Propellerpaketchef Patrice Vinot från projektpartner Naval Group säger:"Även om additiv tillverkning är alltmer närvarande i industrin, programmering och design av komplexa delar, såsom propellerblad för fartyg, representerar en stor utmaning." Projektgruppens mål är att producera propellrar som förbättrar fartygens operativa förmåga.

3D-utskrift för bättre framdrivning av fartyg

AM-processen som forskarna använder för att förbättra framdrivningen av fartyg kallas wire arc additive manufacturing (WAAM). Processen fungerar genom att smälta metalltråd med en elektrisk ljusbåge som värmekälla. När smält, tråden extruderas till pärlor som håller ihop för att skapa ett lager av metall. Detta upprepas sedan lager för lager för att bygga en 3-D metalldel. WAAM används för att designa stora komponenter – i det här fallet, propellrar på upp till 6 m i diameter – vilket traditionella tillverkningstekniker inte är kapabla till. Denna utveckling kommer att möjliggöra tillverkning av mer komplexa propellrar i framtiden.

Förväntade industriella vinster

Teamets första demonstrator är ett ihåligt blad i en tredjedels skala för en propeller för ett containerfartyg. Den trycktes i rostfritt stål på under 100 timmar och väger cirka 300 kg. Medan 300 kg för bara ett blad, och en skalenlig modell på det, kan verka löjligt tung för lekmannen, det kan sätta saker i perspektiv att veta att propellerbladen kan väga upp till 20 ton! När den produceras i full skala, teamet förväntar sig att bladet kommer att väga över 40 % mindre än konventionella komponenter. Bladets hydrodynamiska egenskaper kommer att bedömas genom numerisk simulering. Den kommer vidare att utsättas för utmattnings- och korrosionstester.

Projektet RAMSSES (Realisation and Demonstration of Advanced Material Solutions for Sustainable and Efficient Ships) är för närvarande i färd med att utveckla en fullskalig, hålbladig propeller för containerfartyg. "Potentialen i processen som avslöjas av denna nya fallstudie innebär att vi nu förväntar oss oöverträffad prestanda för morgondagens propellrar, " säger Mr Vinot. Projektet är ungefär halvvägs genom sin 4-åriga mandatperiod.