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Autos und Flugzeuge: so bringt 3D-Druck Wettbewerbsvorteile

Traditionelle Produktionsprozesse erfüllen immer weniger die Anforderungen agiler Märkte wie der Automobilindustrie oder des Flugzeugbaus. Der 3D-Druck ermöglicht nicht nur individuelle Bau- und Ersatzteile auf Knopfdruck, sondern auch die werkzeuglose Produktion komplexer Bauteile und eine Entlastung beim Supply Chain Management. Der größte Vorteil ist hier die Geschwindigkeit der Fabrikation bei Reduktion der Lagerkosten. Lesen Sie hier, wie additive Fertigung einigen Unternehmen Vorsprung vor der Konkurrenz sichert.

Für John B. Rogers, CEO und Mitgründer von LM Industries, ist klar: wir befinden uns mitten in einer Mobilitätsrevolution, in der aktuelle Transportmittel nicht mehr mit den sich schnell ändernden Käuferpräferenzen übereinstimmen. Rogers glaubt, die Welt von morgen bewegt sich zu schnell, um das traditionelle Herstellungskonzept umfassend aufrechterhalten zu können.

Was daraus unmittelbar folgt: Hersteller, die additive Fertigung wirtschaftlich einsetzen, sichern sich Wettbewerbsvorteile durch flexible Anpassung an Marktpräferenzen, die schnelle Reaktion auf Kunden-Feedback, Flexibilität durch lokalisierte Produktion - und die Verringerung von Kosten für die Logistik durch 3D-Druck direkt vor Ort.

Doch nicht nur die Nachfrage nach kundenspezifischen Lösungen hat zugenommen, die Automobilhersteller haben mit großen Herausforderungen wie zum Beispiel einer nachhaltigen Energieeffizienz, Reduktion von CO2-Emissionen, anhaltender Kostendruck sowie kontinuierlicher Innovationsbedarf zu kämpfen.

So nutzt BMW den 3D-Druck bereits heute

Der Aufgabenbereich des 3D-Drucks ist bereits heute sehr vielfältig und reicht von Ersatzteilen für klassische Fahrzeuge über Werkzeuge bis hin zu Teilen, die BMW für die Serienproduktion von Fahrzeugen produziert. Die innovative, werkzeuglose Additive Fertigung liefert BMW aber auch neue Lösungsansätze für die aktuellen Herausforderungen der Automobilindustrie. Sie gewährt zudem maximale Designfreiheit und schafft die Voraussetzung für die Konstruktion komplexer und gleichzeitig leichter Komponenten mit hohen Festigkeitswerten.

Das Dekor des MINI: 3D-Druck nach dem Geschmack des Kunden

Jens Ertel, Leiter des Additive Manufacturing Centers der BMW Group bringt es auf den Punkt: „Unsere MINI-Kunden haben die Möglichkeit, die Dekorleiste für die Beifahrerseite im Innenraum und die Einleger des Seitenblinkers selbst zu designen. Diese Teile werden dann bei uns individuell gedruckt. Im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsmethoden sind solche Bauteile innerhalb von wenigen Tagen verfügbar. Bei herkömmlichen Verfahren müssen wir immer die Herstellungszeit von Werkzeugen einkalkulieren.“

Der Autobauer ließ im vergangenen Jahrzehnt bereits mehr als eine Million Bauteile von einem 3D-Drucker anfertigen und jedes Jahr kommen rund 200.000 neue 3D-gedruckte Bauteile hinzu. Zum Beispiel die additiv gefertigte Dachkonsole für den BMW i8 Roadster. Sie ist insgesamt rund 40 Prozent leichter als bei herkömmlicher Bauweise.

General Motors spart mit additiven Fertigungsverfahren Millionen

Die Einführung der additiven Fertigung hat bereits bei einigen produzierenden und entwickelnden Unternehmen zu deutlichen Kostenreduktionen geführt. Der US-amerikanische Autohersteller General Motors gibt etwa an, dass mit dem Einsatz von 3D-Druckern in den ersten drei Jahren Einsparungen in Höhe von über 300.000 US-Dollar möglich wurden.

Für die Zukunft sollen jährlich Kosten in Millionenhöhe eingespart werden können. Um die Technologie zu forcieren und kostengünstigere sowie leichtere Bauteile mit 3D-Druckern herzustellen, ging General Motors mit dem Software-Unternehmen Autodesk eine Kooperation ein.

Den Unternehmen zufolge lassen sich nun Werkzeuge, Vorrichtungen und Armaturen zu einem Bruchteil der sonst anfallenden Kosten erstellen. Ein per 3D-Druck gefertigtes Werkzeug, das beispielsweise zum Ausrichten von ID-Nummern für Motor und Getriebe verwendet wird, kostet bei GM weniger als drei US-Dollar. Auf herkömmliche Weise produziert würde es rund 3.000 US-Dollar kosten. Zudem können Ausfälle wegen defekten oder fehlerhaften Werkzeugen reduziert werden, da neue Werkzeuge gleich vor Ort reproduzierbar sind.

3D-Drucktechnik für den Flugzeugbau

Im Flugzeugbau sind – natürlich - besondere Anforderungen bei Gewicht, der Belastbarkeit und Sicherheit zu berücksichtigen. Daher bilden 3D-Druckverfahren für Metall-Werkstoffe eher die Ausnahme. Der Zulieferer Aircraft Philipp in Nußdorf hat bereits Erfahrungen mit dem additiven Laserschmelzen von Metallen gesammelt. Dort ergänzen Pulverbett-3D-Druckmaschinen den Maschinenpark.

In der Kammer des 3D-Druckers wird das Schutzgas Argon zugeführt, damit Werkstoffe wie zum Beispiel Titan oder Nickelbasislegierungen nicht oxydieren können. Auf diese Weise können bis zu 30 cm3 Material in der Stunde aufgebracht und per 400-Watt-Laser zu belastbaren Bauteilen verschmolzen werden. Rolf Philipp, Geschäftsführer des Zerspanungsspezialisten Aircraft Philipp, meint, dass gerade der Flugzeugbau noch viel über die spezifischen Eigenschaften additiv erstellter Komponenten lernen muss. In der Luft würden schließlich ganz andere Anforderungen als etwa in der Automobilbranche gelten.

Materialeigenschaften testen

Aber es ist auch eine Reise in unbekanntes Terrain, die Hersteller wie Philipp Aircraft unternehmen müssen: Bei Komponenten, die herkömmlich produziert wurden, sind die Materialeigenschaften bekannt.

Welche Eigenschaften besitzen additiv zusammengefügte Materialschichten im Extremfall? Hierzu müssen die Oberflächenstrukturen eines Bauteils näher betrachtet werden. Denn bei Strukturbauteilen müssen diese vollkommen glatt sein. Schon die kleinsten Kerben verursachen Mikrorisse, die bei hoch belasteten Teilen fatale Folgen haben können.

Für Philipp verfügen additive Technologien heute noch nicht ganz die Verlässlichkeit und Konstanz wie sie bei abrasiven Fertigungsverfahren der Fall sind. Anschließende Oberflächenbehandlungen wie zum Beispiel das elektrochemische Polieren oder Wärmebehandlungen können jedoch die Festigkeit von additiv gefertigten Komponenten signifikant verbessern.

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