10 Gründe, warum der 3D-Druck die Sicherheit im Automobilsektor erhöhen kann

Allein im Jahr 2023 sahen die Straßen Deutschlands laut dem Statistischen Bundesamts Deutschlands rund 2,5 Millionen Verkehrsunfällen, bei denen 2830 Menschen ums Leben kamen. Zwar beeinflussen viele Faktoren, ob ein Unfall tödlich endet – beispielsweise, ob die Insassen angeschnallt sind –, doch diese ernüchternde Statistik unterstreicht, wie wichtig es ist, die Sicherheit im Straßenverkehr weiter zu verbessern. Von der Struktur des Autos selbst bis hin zu lebensrettenden Funktionen wie Sicherheitsgurten und Airbags trägt jedes Detail dazu bei, Schäden zu minimieren und Leben zu retten. Sicherheit beschränkt sich jedoch nicht nur auf das Verhalten bei Unfällen, sondern umfasst auch die Funktionsfähigkeit eines Fahrzeugs im täglichen Gebrauch. In dieser Hinsicht bietet der 3D-Druck große Vorteile und hilft den Herstellern, Fahrzeuge zu entwickeln, die nicht nur unfallresistenter, sondern auch ergonomischer, zugänglicher und zuverlässiger sind. Während die Automobilhersteller weiterhin die Grenzen des Möglichen erweitern, hat sich der 3D-Druck als transformative Technologie auf dem Weg zu sichereren und intelligenteren Fahrzeugen erwiesen. Hier werden wir zehn wichtige Möglichkeiten untersuchen, wie er die Sicherheit im Automobilsektor verbessert.

1. Beschleunigter Zugang zu Reparaturen und Ersatzteilen

Einer der unmittelbarsten Sicherheitsvorteile des 3D-Drucks liegt in seiner Fähigkeit, den Zugang zu kritischen Fahrzeugkomponenten zu optimieren, insbesondere bei Reparaturen. Bei älteren Fahrzeugen oder solchen, die an abgelegenen Orten eingesetzt werden, kann die Beschaffung von Ersatzteilen zeitaufwändig oder sogar unmöglich sein. Der 3D-Druck ermöglicht die schnelle, bedarfsgerechte Herstellung von Altteilen, die sonst möglicherweise nicht mehr erhältlich wären, und stellt so sicher, dass Fahrzeuge strukturell intakt und voll funktionsfähig bleiben. Diese Möglichkeit, die Sicherheitsmerkmale eines Fahrzeugs ohne Verzögerung aufrechtzuerhalten oder wiederherzustellen, kann entscheidend dazu beitragen, weitere Unfälle zu verhindern und die Zuverlässigkeit im Straßenverkehr zu gewährleisten.

Ein von Tecron für einen Oldtimer-Rennwagen hergestellter Nachbau eines Vergasers (Bild: Markforged)

2. Schnellere Prototypenentwicklung für eine sichere Fahrzeugkonstruktion

Geschwindigkeit ist ein entscheidender Vorteil des 3D-Drucks in der Design- und Entwicklungsphase der Fahrzeugsicherheit. Herkömmliche Prototyping-Verfahren können sehr zeitaufwendig sein, wodurch die Anzahl der zu testenden Designiterationen begrenzt wird. Mit dem 3D-Druck können Ingenieure schnell mehrere Versionen sicherheitskritischer Komponenten herstellen und bewerten, von Crashstrukturen bis hin zu Rückhaltesystemen. Diese iterative Fähigkeit führt zu ausgefeilteren, gründlich getesteten Designs, die für die Leistung in der Praxis optimiert sind. Letztendlich bedeutet die Möglichkeit, schnell Prototypen zu erstellen, dass sicherere Fahrzeuge schneller auf den Markt gebracht werden können.

3. Verbesserung der Barrierefreiheit für Fahrer und Fahrgäste

Der 3D-Druck trägt auch zur Verbesserung der Sicherheit im Automobilsektor bei, indem er anpassungsfähigere Fahrzeugkonstruktionen ermöglicht. Nutzer haben maßgeschneiderte Hilfsmittel wie Lenkradhilfen und Einstiegshilfen entwickelt, aber es gibt noch viel mehr Anwendungsmöglichkeiten. Diese machen Fahrzeuge nicht nur zugänglicher, sondern auch sicherer, da sie dafür sorgen, dass alle Insassen das Fahrzeug sicher und stabil betreten, verlassen und bedienen können. Durch die Verringerung der körperlichen Belastung und die Verbesserung der Ergonomie tragen 3D-gedruckte Anpassungen direkt zur Verringerung des Verletzungsrisikos für Fahrer und Passagiere mit besonderen Bedürfnissen bei.

Ein unterstützender Lenkradknauf steht auf Cults zum Download bereit (Bild: MIGUEPPC auf Cults)

4. Strukturelle Sicherheit im Automobilsektor durch 3D-gedruckte Sitzrahmen

Wenn es um den Schutz der Insassen geht, spielen Sitzrahmen eine wichtige Rolle bei der Absorption von Stößen und der Aufrechterhaltung der Körperhaltung während eines Unfalls. Viele Unternehmen, darunter Mercedes, Audi und Porsche, haben sie bereits durch 3D-Druckverfahren hergestellt. Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von Sitzrahmen, die leicht sind und über fortschrittliche Geometrien verfügen, die die Energieabsorption und Festigkeit verbessern. Eine Anpassung an die Körperform und Sitzposition der Insassen kann die Sicherheit weiter verbessern. Diese maßgeschneiderten, leistungsstarken Komponenten können das Risiko schwerer Verletzungen verringern, indem sie bei einer Kollision für gleichmäßige Unterstützung und Verformungsbeständigkeit sorgen.

5. Verbesserte Airbag-Auslösung mit 3D-gedruckten Gehäusen

Ein weiteres wichtiges Sicherheitsmerkmal, das vom 3D-Druck profitiert, ist das Airbagsystem – insbesondere die Gehäuseeinheiten, die ein rechtzeitiges Auslösen ermöglichen. So hat beispielsweise Joyson Safety Systems, ein führender Anbieter von Sicherheitskomponenten für Mobilität, mit Hilfe von SLS-Technologie Gehäuse für Fahrerairbags (DAB) hergestellt. Diese DABs müssen hohen Belastungen standhalten und gleichzeitig den Gasgenerator und das Airbagkissen an ihrem Platz halten. Mit dem 3D-Druck konnten die Konstrukteure ein hochleistungsfähiges Verbundmaterial verwenden, wodurch sie die Auslösemechanik besser kontrollieren und letztlich einen umfassenderen Schutz im Falle eines Unfalls bieten konnten.

Ein 3D-gedrucktes Airbag Gehäuse (Bild: Joyson Safety Systems)

6. Kopfpolsterung zur Vorbeugung von Schleudertrauma und Aufprallverletzungen

3D-gedruckte Kopfschutzpolster verwenden maßgeschneiderte Gitterstrukturen, die Aufprallenergie effektiver absorbieren und ableiten als herkömmlicher Schaumstoff, wodurch die Kräfte auf Nacken und Kopf reduziert werden. Diese Strukturen können an die Anatomie jedes Passagiers angepasst werden, um eine bessere Unterstützung zu gewährleisten und Lücken zu minimieren. In Kombination mit richtig positionierten Kopfstützen tragen sie dazu bei, übermäßige Kopfbewegungen zu verhindern und das Risiko eines Schleudertraumas zu verringern. Zwar sind noch weitere Untersuchungen erforderlich, doch erste vorläufige Daten aus Physikzeitschriften deuten darauf hin, dass Gyroide (eine Art Füllmuster) und verstärkte Gyroide ein ausgezeichnetes Druckverhalten aufweisen, das sich für eine hohe Energieabsorption eignet und in einigen Fällen das Verletzungsrisiko um bis zu 35 % senkt.

7. AM-Batterieschutzvorrichtungen: Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von Elektrofahrzeugen

3D-gedruckte Schutzvorrichtungen für EV-Batterien verbessern die Sicherheit durch leichte, hochfeste Strukturen, die Aufprallenergie absorbieren und die Zellen vor Stößen oder Straßenschmutz schützen. Fortschrittliche Gitter- und Metamaterial-Konstruktionen übertreffen herkömmliche Materialien in Bezug auf Energieableitung und Gewichtsreduzierung. Automobilhersteller wie Volkswagen haben das Gewicht des Batteriegehäuses durch den Einsatz von 3D-gedruckten Verbundwerkstoffen um 60 % reduziert und damit sowohl die Sicherheit im Automobilsektor als auch die Effizienz verbessert. Diese Konstruktionen ermöglichen auch eine integrierte Kühlung und einen integrierten Wärmeschutz.

8. Sicherere Fahrzeugbeleuchtung und -signalisierung

Der 3D-Druck verbessert die Sicherheit von Fahrzeugen im Bereich der Beleuchtung, indem er eine schnelle Prototypenentwicklung und Anpassung von Komponenten wie Scheinwerfern, Rückleuchten und Signalzubehör ermöglicht. Er ermöglicht präzise Tests der optischen Leistung und Haltbarkeit, verbessert die Sichtbarkeit und reduziert die Blendung unter verschiedenen Bedingungen. Hersteller wie Ford verwenden 3D-gedruckte Linsen und Gehäuse für eine bessere Passform, schnellere Reparaturen und weniger Abfall, während gleichzeitig die Integrität des Beleuchtungssystems erhalten bleibt.

3D-gedruckte OEM Signallichter in einem Mazda Rx-7 (Bild: Michael Burton)

9. Gitterstrukturen für verbesserten Überrollschutz

Der 3D-Druck erhöht die Überrollsicherheit, indem er leichte, hochfeste Strukturen wie Crash-Schienen, Dachverstärkungen und Überrollkäfige ermöglicht. Diese Komponenten können so optimiert werden, dass sie Stöße absorbieren und die Integrität der Fahrgastzelle bei Überschlägen aufrechterhalten. Automobilhersteller verwenden 3D-gedruckte Metallknoten und Crash-Komponenten, um steifere, widerstandsfähigere Rahmen ohne zusätzliches Gewicht zu schaffen. Dies verbessert den Insassenschutz und erhöht gleichzeitig die Effizienz des Fahrzeugs. Frühe Daten der Yanshan-Universität deuten darauf hin, dass gitterverstärkte Dachsäulen und Crashboxen die Aufprallkräfte bei einem Überschlag umverteilen und absorbieren können, wodurch Eindringen und Verformung reduziert werden, da sie bis zu 43 % mehr Energie absorbieren.

10. Wabenförmige Energieabsorber und Aufprallzonen

3D-gedruckte Unterbodenschutzplatten mit integrierten Aufprallzonen schützen wichtige Komponenten wie Kraftstoffsysteme, indem sie sich bei Kollisionen oder Trümmeraufprallen kontrolliert verformen. Optimierte Crash-Energieabsorber wie Gitter- oder Wabenstrukturen absorbieren und leiten Energie effizient ab und übertreffen dabei oft herkömmliche Schaumstoff- oder Hohlteile. Die Konstruktionen können Crush-Initiatoren und Mehrschichtmaterialien enthalten, um die Schlagfestigkeit weiter zu verbessern. Diese Lösungen bieten einen leichten, anpassbaren Schutz mit verbesserter Crash-Performance. Eine aktuelle Studie im Journal of Materials Engineering and Performance ergab, dass Wabenmikrogitter eine um bis zu 47 % höhere Druckrestspannung aufweisen als herkömmliche Panzerstähle, wodurch ihre Energieabsorption verbessert wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass diese 3D-gedruckten Materialien um bis zu 57 % korrosionsbeständiger sind.

Eine wabenförmige Aufprallabsorptionsstruktur aus spritzgegossenem und geformtem thermoplastischem Polymer (Bild: S. Yuki)

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