Mobilität Wie 3D-Druck die Automobilbranche verändert

Vom Prototypenbau über die Fertigung spezieller, hochleistungsfähiger Teile und Werkzeuge bis hin zu ganzen Autoteilen wie 3D-gedruckten Radkappen für VW. Die Einsatzmöglichkeiten und das Potential von 3D-Druck für die Automobilbranche sind heute vielfältiger und größer denn je.

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Formlabs Inc.

Die Additive Fertigung findet in der Automobilindustrie immer neue Anwendungsgebiete. Die Erstellung einzelner Teile und Prototypen in der Automobilindustrie ist in der Regel mit hohem Aufwand und Kosten verbunden. Häufig müssen einzelne Fertigungsschritte ausgelagert werden. Anpassungsprozesse ziehen sich über Wochen und Monate und treiben die Kosten für die Fertigung in immense Höhen. Der Wunsch vieler Kunden nach immer mehr Individualität und Personalisierung stellt Automobilhersteller dabei vor zusätzliche Herausforderungen.

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Im Nullkommanichts von der Idee zum Endprodukt

Innovative 3D-Desktop-Technologien und -Materialien ermöglichen es Konstruktions- und Designteams die Distanz zwischen Idee und Endprodukt enorm zu verkürzen. Prototypen einzelner Innenelemente wie eines Armaturenbretts können innerhalb von nur wenigen Stunden direkt vor Ort gedruckt, auf ihre Tauglichkeit hin getestet und bei Bedarf sofort angepasst werden. Neue spezielle Kunstharze für die Prototypenerstellung erlauben es dabei die Fertigungszeiten um mehr als 70 % zu reduzieren.

Iterationszyklen können so beschleunigt und der Ablauf der Produktentwicklung gestärkt werden. Abhängigkeiten von externen Zulieferern, lange Lieferzeiten und damit einhergehende in der Regel hohe Produktions- und Lagerkosten, entfallen. Die Möglichkeit Anpassungen sofort umsetzen und die überarbeiteten Teile noch am gleichen Tag in der Praxis testen zu können, bietet ein enormes Potential für die Automobilbranche, in der eine schnelle Validierung unerlässlich ist. Eine Automobilproduktionslinie nur für kurze Zeit anzuhalten verursacht bereits vier- bis fünfstellige Kosten, so kann ein Lieferstopp von Ersatzteilen innerhalb der Produktion einen Automobilhersteller pro Woche schnell 100 Millionen Euro kosten.

Neben schnelleren und günstigeren Fertigungs- und Anpassungsprozessen bieten 3D-Druckverfahren zudem neue Optionen im Hinblick auf Formen und Design und die Individualisierung kleiner Stückzahlen. So können durch 3D-Druck individualisierte Teile auch in kleiner Stückzahl und zu erschwinglichen Kosten gefertigt werden, ohne dass dafür gleich die Anpassung einer ganzen Produktionslinie oder aufwendige Handarbeit nötig ist. Insbesondere für kleinere Werkstätten, eröffnet der Wegfall hoher Vorabinvestitionen völlig neue Möglichkeiten.

Mit kombinierten Verfahren zu besseren Ergebnissen

Nicht nur der Einsatz neuer innovativer 3D-Druck-Technologien, sondern insbesondere auch deren Kombination mit konventionellen Verfahren eröffnet eine Reihe neuer Möglichkeiten für die Automobilindustrie. Ein Beispiel ist die Neuauflage des berühmten 1962-er Mikrobusses von VW. Die außergewöhnliche, verflochtene Form der Aluminiumfelgen der neuen Version des VW Mikrobusses erforderte speziell auf deren Design abgestimmte, passende Radkappen. Um das entsprechende Design zu erzielen, wurden die Radkappen zunächst in Zusammenarbeit mit Formlabs im SLA-Verfahren 3D-gedruckt und anschließend galvanisiert, um die Optik und Haptik echter Metallteile zu erreichen.

Die Kombination von polymergedruckten Teilen und Verfahren wie Wachsausschmelzverfahren, Sandguss oder Niedrigtemperatur-Direktguss zur Fertigung spezifischer Metallteile mit präziser Oberflächenbeschaffenheit bietet Herstellern eine kostengünstigere und häufig auch detailliertere Alternative zu direktem 3D-Metalldruck und anderen herkömmlichen in der Regel äußerst aufwendigen Fertigungsverfahren. Durch die Kombination von 3D-Druck mit anderen Verfahren ist es möglich die Vorteile innovativer Polymer-3D-Druck-Technologien wie Zeit-, Kosteneffizienz, einfache Handhabung, Präzision und schnelle Iterationen auch für die Erstellung anderer, anspruchsvollerer Materialien wie Metall zu nutzen.

Marktforschung

Zum Stand des industriellen 3D-Drucks

Materialeigenschaften zum eigenen Vorteil nutzen

Das Verfahren der Galvanisierung ermöglicht es, 3D-gedruckte Kunststoffteile mit den überlegenen mechanischen und chemischen Eigenschaften von Metallen zu kombinieren. In diesem Prozess wird elektrochemisch eine dünne Schicht des gewünschten Metalls auf der Oberfläche des 3D-gedruckten Teils abgeschieden. Das Ergebnis ist eine echte Metalloberfläche. Zusätzlich zur Entstehung der metallischen Optik und Haptik, werden durch die Galvanisierung auch das darunter liegende Teil erheblich verstärkt und die Materialbeständigkeit gegen Verschleiß, UV-Belastung und Korrosion verbessert. So wird die Zugfestigkeit von SLA-3D-gedruckten Teilen durch die Galvanisierung durchschnittlich um das Dreifache, die Biegefestigkeit um das fast Zehnfache und die Steifigkeit um das Vierfache erhöht.

Weitere Vorteile sind die Vielzahl der für die Galvanisierung verwendbaren Metalle und die damit einhergehende Vielfalt der Einsatz- und Anwendungsmöglichkeit der veredelten Teile. So lassen sich durch den Veredelungsprozess unter anderem präzise und vergleichsweise kostengünstige Teile aus Gold, Nickel und Kupfer herstellen, wobei jedes Metall eigene individuelle Vorteile bietet. So eignet sich eine Goldveredelung zum Beispiel ideal, um mit vergleichsweise geringen Materialkosten eine auffällig edle Optik zu erzielen, da nicht das gesamte Teil aus Gold gefertigt wird, sondern lediglich die oberste Schicht, bei gleichem optischem Ergebnis. Mit Nickel veredelte Teile sind äußerst korrosionsbeständig. Und Kupferoberflächen verfügen über eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit. Die Metalloberfläche kann anschließend, je nach Designwunsch und vorgesehenem Einsatzzweck, poliert, gebürstet, perlengestrahlt oder wie jede dünne Metalloberfläche beschichtet werden. Bei den Radkappen für den VW Mikrobus wurden die Oberflächen auf Hochglanz poliert, während die geprägte Oberfläche hinter dem VW-Logo matt blieb und so ein subtiler Kontrast erzeugt wurde.

Die Galvanisierung von 3D-gedruckten Plastikmodellen lässt sich in allen Bereichen der Automobilproduktion, in denen metallische Oberflächen entscheidend sind einsetzen. Darüber hinaus stellt sie insbesondere für Produktionsteile, die die äußeren Eigenschaften von Metall bei möglichst geringem Gewicht aufweisen müssen, eine geeignete Lösung dar. Die Verwendung von hohlen oder auf einer Gitterstruktur basierenden 3D-Drucken als Basis ermöglicht dabei zusätzliches Gewicht einzusparen.

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