Anwendung des 3D-Drucks in der Automobilindustrie

Der Automobilsektor hat sehr fortschrittlich mit dem 3D-Druck experimentiert, und diese Fortschritte haben in vielerlei Hinsicht neue Türen geöffnet. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und zeigt auf, wie der 3D-Druck das Automobilsegment umgestalten kann.
Automotive industry

Bemerkenswerte Entwicklungen im Bereich der additiven Fertigungsverfahren haben in den letzten Jahrzehnten die Möglichkeiten verändert, wie Produkte entworfen, entwickelt, hergestellt, gefertigt und vertrieben werden. Der Automobilsektor war beim Experimentieren mit dem 3D-Druck sehr fortschrittlich und diese Fortschritte haben in vielerlei Hinsicht neue Türen geöffnet. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und fasst zusammen, wie der 3D-Druck die Automobilbranche umgestalten kann.

In welchen Bereichen 3D-Druck besonders gut ist

Die Umstellung von konventionellen Produktionsverfahren auf 3D-Druckverfahren hat Unternehmen aus verschiedenen Branchen bei der Verbesserung der technischen und wirtschaftlichen Aspekte von Teilen und Produkten revolutioniert, aber es gibt zwei große Bereiche, in denen AM den größten Einfluss haben wird, die den Automobilsektor betreffen.

Produktinnovation

Mit der additiven Fertigung können Komponenten mit weniger Designeinschränkungen hergestellt werden, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer zu produzieren sind. Diese Designflexibilität ebnet den Weg für Innovationen, indem sie es ermöglicht, verbesserte Funktionalitäten wie integrierte elektrische Verdrahtung (durch Hohlstrukturen), geringeres Gewicht (durch Gitterstrukturen) und komplexe Geometrien hinzuzufügen, die mit traditionellen Verfahren nicht möglich sind. Darüber hinaus sind neue AM-Technologien zunehmend in der Lage, Multi-Material-Druckteile mit individuellen Eigenschaften wie elektrischer Leitfähigkeit und variabler Festigkeit herzustellen. Diese AM-Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Schaffung von sichereren, leichteren, schnelleren und effizienteren Fahrzeugen der Zukunft. Der EDAG’s Light Cocoon ist ein klassisches Beispiel dafür, wie AM potenziell neue Türen in puncto Innovation öffnen kann.

Lieferkette

AM verkürzt die Gesamtdurchlaufzeit, da keine neuen Werkzeuge benötigt werden und die endgültigen Teile direkt produziert werden. Da bei AM in der Regel nur das Material verwendet wird, das für die Herstellung einer Komponente notwendig ist, kann der Ausschuss drastisch reduziert und der Materialverbrauch gesenkt werden. Darüber hinaus können durch AM gefertigte Leichtbaukomponenten die Handhabungskosten gesenkt werden, während die Produktion auf Abruf und vor Ort die Lagerkosten senken und eine flexible Lieferkette ermöglichen kann. Und schließlich kann AM die dezentrale Produktion bei niedrigen bis mittleren Stückzahlen unterstützen, einschließlich Kostensenkungen und der verbesserten Möglichkeit, Produkte näher am Kunden zu fertigen, was die Komplexität der Lieferkette reduziert. 

Produktstufen, in denen AM eingesetzt werden kann

Mit seinen einzigartigen Vorteilen ist AM in der Lage, einige Prozesse zu ersetzen, die konventionell in der Automobilproduktion eingesetzt werden. Hier sind vier bedeutende Veränderungen, die AM der Automobilindustrie bringen kann.

Prototyping-Prozess

Das Prototyping ist normalerweise zeitaufwändig und wird teuer, wenn ein Produkt mehrere Iterationen durchläuft. Rapid Prototyping (3D-Druck) ermöglicht es Unternehmen, grobe Ideen in überzeugende Konzeptvalidierungen zu verwandeln. Diese Konzepte können dann zu hochpräzisen Prototypen weiterentwickelt werden, die dem Endergebnis sehr nahe kommen und die Produkte schließlich durch eine Reihe von Iterationen und Validierungsphasen bis zur Massenproduktion führen. In der Automobilindustrie ist diese schnelle Validierung von größter Bedeutung. Mit dem 3D-Druck können sehr überzeugende und repräsentative Prototypen innerhalb weniger Tage und zu wesentlich geringeren Kosten erstellt werden. Dadurch wird der Weg von der Idee zum Endprodukt verkürzt und der gesamte Produktentwicklungs-Workflow gestärkt.

Reparatur und Wartung (Ersatzteile)

Mit Hilfe von CAD können die Entwürfe für buchstäblich alle Teile als digitale Kopie auf einer Computerfestplatte gespeichert werden, wodurch die Notwendigkeit, ein Inventar zu führen, entfällt. Mit dem Einsatz von 3D-Druck könnte ein Ersatzteil potenziell auf Abruf produziert werden. Die Zugänglichkeit der Technologie wird Zulieferer dazu ermutigen, neue Bereiche zu erschließen, um eine einfache Versorgung mit 3D-gedruckten Komponenten und Ersatzteilen zu ermöglichen. Sogar Teile, die es nicht mehr gibt, können potenziell nach Bedarf neu gefertigt werden und zwar durch Reverse-Engineering auf der Grundlage digitaler Scans bestehender Teile. Ältere Designs können so zu neuem Leben erweckt werden und auf der anderen Seite können Ersatzteile von Oldtimern einfach reproduziert werden.

Kundenanpassung

Kundenspezifische Anpassungen sind mit herkömmlichen Fertigungsverfahren sehr teuer und zeitintensiv. Der 3D-Druck eignet sich ideal für die Herstellung kostengünstiger kundenspezifischer Teile und bietet Herstellern neue Möglichkeiten, was sie produzieren und ihren Kunden anbieten können. Für kleinere Werkstätten, die individuelle Autoteile herstellen, bietet der 3D-Druck Möglichkeiten, die Qualität und Kreativität ihrer Arbeit zu steigern und bietet viel Spielraum für Experimente und perfekte individuelle Designs.

Serienfertigung (Baugruppen aus verschiedenen Teilen)

Der 3D-Druck kann die Effizienz bei der allgemeinen Teilefertigung verbessern. Sie haben vielleicht eine Baugruppe aus fünf oder sechs Automobilteilen, die nun in einem einzigen gedruckten Teil kombiniert werden können. Sie sparen Montagezeit und Kosten, auch wenn das Einzelteil teurer sein könnte. Durch die Konsolidierung von Teilen können 3D-Druckverfahren auch dazu beitragen, das Gewicht zu verringern und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Aus produktiver Sicht wird es sinnvoller sein, den 3D-Druck weiter in die allgemeine Teilefertigung zu integrieren.

Welche Technologien und Materialien sind geeignet

Von Kunststoffverkleidungen bis hin zu Motorkomponenten aus Metall – AM hat sich bewährt und hat noch mehr zu bieten, was die Technologieverfahren und die verwendbaren Materialien angeht. Diese Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die gängigen Möglichkeiten.

Anwendung Prozess Material Eigenschaften Beispiele
Innenausstattung und Sitze SLA, SLS, MJF Polymere Kundenspezifische kosmetische Komponenten Armaturenbretter, Sitzrahmen
Reifen, Räder, Aufhängung SLS, MJF, DMLS AluminIum-Legierungen, Polymere Zähe, robuste Komponenten Aufhängungsfedern, Radkappen
Elektronik SLS, MJF Polymere Empfindliche Komponenten Sensoren, Einteilige Bedienfelder
Auspuffanlagen und Emissionen DMLS Aluminium-Legierungen Hohle Metallteile Kühlluftöffnungen
Unter der Motorhaube SLS, MJF Nylon Hitzebeständiges Funktionsteil Batterieabdeckung
Leuchten SLA, MJF Kunstharz Volltransparent, hohe Detailtreue Scheinwerfer, Scheinwerfer-Prototypen
Luftschächte SLS, MJF Nylon Flexible Kanäle HVAC-Kanäle
Prototypen SLA Polymere Präzise, klare Details Endgültige hochpräzise Prototypen
Funktionale Halterungen SLS, SLM, MJF Nylon PA12, Titan Geringes Gewicht, hohe Festigkeit Lichtmaschinenhalterung
Komplexe Motorenteile DMLS Aluminium-Legierungen Konsolidierte, leichte, funktionale Metallteile Querlenker-Aufhängung

Aktuelle industrielle Anwendungsbeispiele

Viele Automobilhersteller haben bereits begonnen, mit AM zu arbeiten und haben die Leistungsfähigkeit und Effizienz erkannt. Hier sind 2 solcher Beispiele 

Die 3D-gedruckten Uptis-Reifen von Michelin

Der französische Reifenhersteller Michelin hat 2019 seinen ersten Prototyp eines Reifens vorgestellt, der durch additive Fertigungstechnologien unterstützt wird. Diese Reifen mit dem Namen Uptis (Unique Puncture-proof Tire System) sind so konzipiert, dass sie ohne Luft auskommen, um das Risiko von Reifenpannen und anderen Luftverlusten zu reduzieren, die durch Reifenpannen oder Gefahren auf der Straße entstehen. Das Design ist nur durch AM möglich. Wenn es erfolgreich ist, könnten wir erwarten, dass Uptis bis 2024 einige Autos ausstattet. Schließlich können diese pannensicheren Reifen auch den Abfall verringern, um eine nachhaltige Mobilität zu fördern (eines der Ziele der Vision der Zukunft des Unternehmens zur Mobilität).

Tires from Michelin
Reifen von Michelin (Source: Michelin)

Porsche und die ersten 3D-gedruckten Motorkolben

Der Automobilriese Porsche hat zum ersten Mal Motorkolben in 3D gedruckt. Die additiv gefertigten Bauteile wurden für den Hochleistungsmotor des Porsche 911 GT2 entwickelt. Der 3D-Druck ermöglichte es, die Kolben zu optimieren und damit dieses kritische Motorelement 10 % leichter zu machen als die traditionell gefertigten Kolben. Porsche verwendete für die Kolben eine spezielle Aluminiumlegierung, um die besten Eigenschaften für diese spezifische Anwendung zu erhalten.

3D printing part for the automotive industry
3D-Druckteil für die Automobilindustrie

Fazit

In Anbetracht des Spektrums an Möglichkeiten, die durch AM erschlossen werden, sollten Führungskräfte von Automobilunternehmen in Erwägung ziehen, die Vorteile von AM-Technologien zu nutzen, um der Konkurrenz voraus zu sein. Während traditionelle Fertigungstechniken tief verwurzelt sind und weiterhin eine starke Position in der Automobilindustrie einnehmen werden, ist die additive Fertigung auf dem Vormarsch.

Xometry arbeitet mit Top-Automobilherstellern wie BMW, Tier-1- und Tier-2-Zulieferern sowie 44 % der Fortune-500-Kraftfahrzeug- und -Teileunternehmen zusammen, um ihre Lieferkette zu vereinfachen und ihre Fertigungskapazität dynamisch zu skalieren. Testen Sie unsere 3D-Druckdienste!

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