Entwicklung & Fertigung eines autonom fahrenden Segelbootes

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Technik lernt segeln. Das ist der Wahlspruch des Sailing Teams Darmstadt, dass sich zur Aufgabe gemacht hat, ein Segelboot zu entwickeln und zu bauen, das autonom und energieautark den Atlantik überqueren kann. Da dies bislang noch niemand geschafft hat, wurde strategisch an das Projekt rangegangen. Verschiedene Teams arbeiten für die folgenden Bereiche: Energieversorgung, Kursfindung, Elektronik, Regelungstechnik, Mechanik, Organisation und Software. Der German RepRap X1000 3D-Drucker unterstützt das Sailing Team dabei.

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Technik lernt segeln. Das ist der Wahlspruch des Sailing Teams Darmstadt, dass sich zur Aufgabe gemacht hat, ein Segelboot zu entwickeln und zu bauen, das autonom und energieautark den Atlantik überqueren kann. Da dies bislang noch niemand geschafft hat, wurde strategisch an das Projekt rangegangen. Verschiedene Teams arbeiten für die folgenden Bereiche: Energieversorgung, Kursfindung, Elektronik, Regelungstechnik, Mechanik, Organisation und Software. Der German RepRap X1000 3D-Drucker unterstützt das Sailing Team dabei.

Im Jahre 2008 wurde das Projekt ins Leben gerufen, sodass innerhalb der letzten neun Jahre bereits umfangreiche Erfahrungen im Bereich der autonomen Navigationsentwicklung gemacht werden konnten. Mittlerweile ist das Team auf 40 Mitglieder angewachsen.

Im Rahmen der World Robotics Sailing Championships 2013 in Brest, Frankreich, segelte bereits der erste, 110 cm kleine Prototyp des Sailing Teams sieben Kilometer unbemannt über den Atlantik. Dabei segelte das Boot vorgegebene GPS-Koordinaten an und bewältigte selbst alle Aufgaben, für die gewöhnlich ein Mensch an Bord sein muss, selbst.  Er war mit Kompass, Gyroskop, GPS, Windfahne und Servomotoren für die Einstellung von Ruder und Segel ausgestattet. Seit 2015 wird nun an einem größeren Nachfolgemodell gearbeitet, das dann den Atlantik überqueren wird und dafür unter anderem über eine artarke Energieversorgung verfügen soll.

„Zum 3D-Druck gekommen sind wir durch die Leihgabe einer FDM-Maschine. Damit hatten wir dann die Möglichkeit, uns intensiv mit der Materie auseinanderzusetzen. Vorwissen war bei den Mitgliedern unseres Teams bereits vorhanden, da sich einige auch in der Freizeit mit dem Bau und der Verwendung eigener 3D-Drucker beschäftigen“, erklärt Philipp Horstenkamp, Sailing Team der TU Darmstadt.

Komplettes Rumpfmodell im 3D-Druck

Der 3D-Druck wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt: neben kostengünstigen und schnellen Prototypen, werden auch komplexere Funktionsbauteile für geringe Belastungen hergestellt. Als weiteres Anwendungsgebiet etabliert sich die Herstellung von Bauteilen für den Messebau, aktuell das komplette Rumpfmodell des Segelbootes für einen Demonstrator des Bootes zur Darstellung des Segelverhaltens des fertigen Bootes. Die Vorteile des 3D-Druckverfahrens sind vielfältig. Mithilfe der Technologie können schnell komplexe und ultraleichte Bauteile hergestellt werden. Durch die Begutachtung und Bewertung der gedruckten Realteile werden sowohl das Verständnis über Kraftflüsse, als auch Optimierungsmöglichkeiten des Bauteils näher gebracht.

„Es ist wirklich toll, von welchen Vorteilen wir Dank der Nutzung der 3D-Druck Technologie profitieren können. Die Möglichkeit der schnellen und unkomplizierten Fertigung schafft uns den Freiraum einfach mal etwas auszuprobieren. Wir sparen somit sehr viel Zeit, da wir ansonsten Prototypen nur unter großem Aufwand so detailgetreu und selten so kostengünstig fertigen können“, sagt Horstenkamp.

Festes und formbeständiges Material

Für dieses Projekt wurde mit dem German RepRap X1000 vor allem mit dem PET-G Material gearbeitet, da dieses wesentlich stabiler gegenüber langsamer thermischer Verformung ist als andere Materialien. Das PET-G besticht durch eine hohe Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit bei einer Temperatur bis etwa 80 °C. Das Material lässt sich ähnlich problemlos wie PLA verarbeiten und besitzt ebenso eine extrem hohe Oberflächenqualität, die bei entsprechendem Gebrauch eine Nachbearbeitung der Objekte überflüssig macht. Außerdem haftet das Material sehr gut auf der Standard PET-Folie und zeichnet sich dadurch aus, dass es nahezu weder Verzug noch Warping gibt. Das PET-G ist nach Brandschutzvorschrift B1 als schwer entflammbar klassifiziert, was im Falle des Sailing Teams wichtig für das Einsetzen der Elektrik ist. Für das Getriebe sowie verschiedene kleinere Einbauteile kam außerdem PLA-Filament zum Einsatz.

„Wir haben bei diesen Teilen vor allem auch darauf geachtet, dass Stützstruktur auch nur dort verwendet wird, wo sie auch benötigt wird. Damit kann man sich auch wieder Zeit sparen. Durch die vielen kleinen Öffnungen und Einschübe für Muttern ist es manchmal besser schwache Decken zu drucken, als ausgefüllte Öffnungen mit der stabilen Stützstruktur“, erklärt Horstenkamp.

Das Sailing Team hat sich vor allem wegen der Bauraumgröße für den German RepRap X1000 3D-Drucker entschieden: „Ein 3D-Drucker, der in der Lage ist, Teile in diesen Dimensionen zu fertigen, ist schon eine tolle Sache. Der X1000 konnte diese Ansprüche dank seiner Bauraumgröße leicht erfüllen und hat uns vor allem auch wegen der Qualität sowie der Möglichkeit überzeugt, mit verschiedenen Materialien zu arbeiten“.

Für das Projekt mit dem Sailing Team der TU Darmstadt hat sich die WDS Software & Service GmbH aus Pulheim bei Köln, ein verifizierter Partner von German RepRap, zur Verfügung gestellt.

 

Bild oben: Motor & Getriebe des Segelbootdemonstrators inkl. Elektronik.

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