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3D-Druck fit für die Serie?

Metall-Bauteile direkt aus digitalen Datensätzen sparen Spezialwerkzeuge, Lager- und Transportkosten
3D-Druck fit für die Serie?

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Funktionsintegration, Leichtbau, wirtschaftlich ab Losgröße 1… die positiven Eigenschaften der generativen Fertigungsmethoden sind zahlreich und haben dazu geführt, dass die Technik in vielen Branchen angewendet wird. Der Einsatz in der industriellen Königsdisziplin, die automobile Großserienfertigung, lässt allerdings noch auf sich warten. Autor: Frederick Rindle

Ist die Additive Fertigung schon reif für den Serieneinsatz? Diese Frage wurde auch auf dem 2. Additive Manufacturing Forum in Berlin diskutiert. „Es gibt keinen Zweifel, Additive Manufacturing wird eine Revolution“, ist sich Prof. Dr. Johannes Walther, CEO des Instituts für Produktionsmanagement, sicher. Er lies auf dem AM-Forum in Berlin aber keinen Zweifel daran, dass die Technik zunächst noch bei komplexen Bauteilen in kleinen Stückzahlen zum Einsatz kommen wird. Für die Serienproduktion werde man weiterhin auf die traditionellen Fertigungsmethoden setzen.

Bei VW in Osnabrück haben André Heinrichs und Dr. Philipp Frank, beide aus der Technischen Entwicklung, die Einsatzmöglichkeiten im Karosseriebau untersucht. Insbesondere haben sich die Experten immer wiederkehrende Problemstellen analysiert. Besonders von Interesse waren dabei die Themen Bauteilvolumen (je kleiner, desto besser für den metallischen 3D-Druck), geometrische Komplexität (je komplexer, desto besser) Funktionsintegrationspotenzial (je höher, desto besser), Herstellbarkeit konventionell (je aufwändiger, desto besser) und das Topologieoptimierungs-Potenzial (je höher, desto besser). Schlussendlich wurde die A-Säulenverstärkung einer Cabrio-Karosse für einen Versuch ausgewählt.

Die Ergebnisse sind beeindruckend: Das neu designte und topologieoptimierte 3D-Druck-Bauteil ist um bis zu 74 Prozent leichter im Vergleich zum Serienteil und das bei gleicher Kraft- und Energieaufnahme. Da die Teileanzahl durch Funktionsintegration um über 50 Prozent reduziert wurde, wurde zudem die Montage erheblich vereinfacht. Weiterhin kann das Bauteil in die bisherige Fügefolge ohne Modifikationen eingefügt werden. Allerding sehen auch die beiden Experten einen Einsatz des Bauteils aufgrund der Bauteilkosten nur in Kleinstserien als wirtschaftlich.

Kunststoff ist Standard

Dr. Paul Fickel, Hardware & Digital Technologies bei der Daimler AG, hat sich ebenfalls mit der Thematik des 3D-Drucks in der Serienfertigung beschäftigt. Im Bereich des Kunststoffdrucks gibt es bei Daimler seit 2016 schon rentable Einsatzfelder im Ersatzteilgeschäft. Der 3D-Druck im Bereich qualitativ hochwertiger Kunststoffteile hat sich erfolgreich als zusätzliche Produktionsmethode etabliert und eignet sich vor allem zur Herstellung kleinerer Stückzahlen. Ebenso hat Daimler auch schon ein im SLM-Verfahren hergestelltes Lkw-Ersatzteil aus Aluminium vorgestellt. Die Thermostatabdeckung für Lkws und Unimogs aus älteren Baureihen, hat bereits alle Instanzen der Qualitätssicherung bei Mercedes-Benz bestanden.

Die Thermostatabdeckung zeichnet sich durch eine nahezu 100-prozentige Dichte und eine höhere Reinheit als herkömmliche Spritzgussteile aus Aluminium aus. Neben der guten Festigkeit und Härte sowie der hohen dynamischen Belastbarkeit erfordert deren Produktion keine kostenintensive Entwicklung und/oder Anschaffung von Spezialwerkzeugen.

Denkbare weitere Einsatzbeispiele für den 3D-Druck sind Metallteile in der Motorperipherie, aber auch im Motor selbst sowie in Kühlaggregaten, Getrieben, Achsen oder Fahrgestellen. Insbesondere bei komplexen Strukturen könnte man 3D-gedruckte Metallteile in kleiner Stückzahl für nicht allzu häufig nachgefragte Ersatzteile, Sonderteile sowie Klein- und Klassikserien wirtschaftlich produzieren. Künftig könnte der 3D-Metalldruck eine dezentralisierte und somit erheblich beschleunigte Produktion direkt vor Ort in den weltweiten Mercedes-Benz-Produktionsstandorten erlauben. Dies würde die Ersatzteilverfügbarkeit nochmals optimieren: Kostspielige Lagerhaltung und damit verbundene aufwendige Transportprozesse werden überflüssig, die Lieferzeit zum Kunden weiter verkürzt.

Um den 3D-Druck für Serienbauteile einsetzen zu können, wurde bei dem schwäbischen Automobilbauer schon einiges umgesetzt. So wurden für Serienbauteile schon Liefervorschriften und Normen erarbeitet sowie externe Zulieferer qualifiziert und auditiert, so dass die Technologie in die hauseigenen Abläufe integriert werden kann. Zudem sind wie beschrieben schon erste 1:1 Bauteile in Kunststoff und Metall im Aftersales in 3D-Druck verfügbar.

Bei Sonderwünschen ist einiges machbar

Für Sonderwünsche gibt es auch individualisierte Bauteile, die zeitnah und wirtschaftlich umgesetzt werden können. Die so gewonnenen neuen Designoptionen und Topologieoptimierungen erlauben Steigerungen im Bereich Leichtbau und Performance.

Es gibt laut Fickel aber auch noch einiges zu tun. So muss die Digitalisierungstiefe im Unternehmen erhöht werden. Eine durchgängige Softwarelösung für den 3D-Druck ist für den Experten für einen wirtschaftlichen Einsatz der Technologie extrem wichtig. Weiterhin müssen die 3D-Druck-Materialen weiterentwickelt und qualifiziert werden, damit neue Einsatzmöglichkeiten erschlossen werden können. Dies alles müsse schließlich in einer weiteren Kostenreduzierung münden. Denn momentan ist laut dem Experten der Metall-3D-Druck um den Faktor 10 zu teuer.

3. Additive Manufacturing Forum Berlin 2019

Datum
14.03.2019 – 15.03.2019

Ort
Estrel Congress & Messe Center, Berlin

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