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Welche Anwendung findet der 3D-Druck in der Automobilindustrie

Auf 8. Oktober 2020 von Michelle J. veröffentlicht
3D-Druck in der Automobilindustrie

Unter den Anwendungsbereichen, in denen wir additive Fertigungstechnologien finden können, ist die Automobilindustrie einer der Bereiche, der sie am meisten nutzt. Diese Technologie ermöglicht es großen Automobilunternehmen Kosten, Zeit und Gewicht bei der Herstellung komplexer Teile zu reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht Additive Manufacturing auch eine größere Anpassungsfähigkeit auf der Konstruktionsebene, wodurch Automodelle zu unvergesslichen Benutzererfahrungen werden. Mit dem signifikanten Wachstum, das der 3D-Druck in der Automobilindustrie erfährt, wird erwartet, dass er bis 2028 12,4 Milliarden Dollar erreichen wird. Um die Auswirkungen, die die Integration dieser Technologie auf die Branche hat, besser zu verstehen, haben wir eine Liste der großen Unternehmen zusammengestellt, die 3D-Druck in der Automobilindustrie einsetzen, sowie die verschiedenen Anwendungen, die sie haben. Die Unternehmen wurden in alphabetischer Reihenfolge aufgelistet.

Audi beschleunigt die Autoentwicklung

Audi ist ein deutscher multinationaler Konzern, der sich der Herstellung von Luxus- und Sportwagen widmet und seit 1965 zum Volkswagen-Konzern gehört. Vor einigen Jahren entschied sich das Unternehmen für den Einsatz von Stratasys-Lösungen mit dem Ziel, die Fahrzeugentwicklung zu beschleunigen. Die PolyJet-Technologie ermöglichte es Audi, verschiedene Prototypen zu entwickeln und zu evaluieren, bevor die Teile eines Fahrzeugs produziert wurden. Durch die Integration des 3D-Druckers J750 in seine Linie konnte der Hersteller die Produktion von Modellen wie Radabdeckungen, Gittern, Türgriffen oder sogar Rücklichtkabinen, die normalerweise aus transparentem Kunststoff hergestellt werden, ausweiten. Mit dem 3D-Druck konnten sie das Design und die Erstellung von Endteilen für die Automobilindustrie beschleunigen und so die Anforderungen ihrer Kunden erfüllen.

3D-Druck in der Automobilindustrie

Audi hat die PolyJet-Technologie eingesetzt, um verschiedene Teile für seine Autos zu entwerfen.

BMW entscheidet sich für die additive Fertigung

Das deutsche Unternehmen BMW mit Sitz in München setzt seit mehr als 25 Jahren auf additive Fertigung und war einer der ersten Automobilhersteller, der diese Technologie integriert hat. Für sie ist der 3D-Druck in der Automobilindustrie ein Glücksspiel auf Erfolg. Tatsächlich eröffneten sie im Juni 2020 schließlich ihre eigene Produktionsstätte für Zusatzstoffe mit dem Ziel, ihre Produktionskompetenzen zu bündeln. Dieser Campus hat über 80 Mitarbeiter und mehr als 50 Lösungen für die industrielle Fertigung. Neben dem Zentrum hat BMW seine Fähigkeiten bei zahlreichen Gelegenheiten unter Beweis gestellt, zum Beispiel mit dem sportlichen i8 Roadster. Dieses Modell integriert Teile, die viel leichter als normal sind, wenn sie mit traditionellen Methoden hergestellt worden wären. Teile, wie z.B. der Haubenabdeckungshalter, sind jetzt stärker und leichter. Eine fortschrittliche Methode zur Optimierung der Automobilproduktion.

BMW war einer der ersten Automobilhersteller, der in die additive Fertigung investierte.

Bugatti 3D-druckt seine Bremsteile

Das französische Unternehmen Bugatti, eine Tochtergesellschaft des Volkswagen-Konzerns, stellt Luxus- und Rennwagen her. Anfang 2018, als die Automobilindustrie diese Technologie bereits einsetzte, gab das Unternehmen bekannt, dass es begonnen hatte, den 3D-Druck für die Entwicklung einiger Teile zu integrieren. Der High-End-Sportwagen von Chiron ist bekannt für seine hohe Geschwindigkeit und starken Bremsen. Also wandte sich Bugatti der additiven Fertigung von Titan zu, um die Bremssättel leichter zu machen. Durch den Verzicht auf Aluminium zur Integration von Titan konnte das Frontend um 40% reduziert werden. Die Ingenieure behaupteten, den größten Bremssattel für einen Sportwagen hergestellt zu haben, mit acht Titankolben in jedem vorderen und sechs im hinteren Bremssattel. Infolgedessen erwartet der Hersteller, die Leistung seiner Fahrzeuge in Zukunft verbessern zu können.

3D-Druck in der Automobilindustrie

Der 3D-gedruckte Bremssattel

Ferrari und die additive Metallherstellung

Additive Manufacturing spielt im Motorsport eine Schlüsselrolle, da es die Konstruktion leichterer, stabilerer und effizienterer Teile in einem viel kürzeren Zeitrahmen ermöglicht. Der Ferrari-Hersteller hat daher auf diese Technologie – insbesondere den 3D-Metalldruck – zurückgegriffen, um die Kolben eines seiner Motoren zu konstruieren. Ferrari erklärt, dass es eine EOS-Maschine und Titanpulver verwendet hat und dass das additive Herstellungsverfahren es ihm ermöglicht hat, sich ein viel komplexeres, widerstandsfähigeres und leichteres Teil vorzustellen, insbesondere dank der topologischen Optimierung. Diese Methode erhöht auch die Anzahl der möglichen Iterationen: Das Unternehmen kann sich so viele Entwürfe wie nötig vorstellen und seine Prototyping-Phase beschleunigen. Der Hersteller hat auch 3D-gedruckte Bremspedale mit einer Hohlstruktur entworfen – ein Ergebnis, das mit anderen Herstellungsmethoden nicht möglich gewesen wäre.

3D-gedruckte Bremspedale

Ford und seine 3D-Druck Projekte

Bereits 1988 hatte der Autohersteller Ford in drei 3D-Drucker investiert; bis 2015 schätzte er seine Produktion von 3D-gedruckten Teilen auf 500.000, ein Beweis dafür, dass die Technologie ihren Platz im Geschäft des amerikanischen Unternehmens hat. Und aus gutem Grund ist das Unternehmen starke Partnerschaften mit Herstellern wie Desktop Metal und Carbon eingegangen. Wenn wir uns die von Ford hergestellten Teile ansehen, müssen wir Ihnen von seinem Aluminium-Luftsaugrohr erzählen, einem der größten 3D-gedruckten Metallteile für das Automobil. Es wiegt 6 Kilo und wurde in nur 5 Tagen hergestellt. In jüngerer Zeit entwarf der Amerikaner kundenspezifische Radmuttern zum Schutz der Felgen. Diese auf EOS-Maschinen gedruckten Radmuttern wurden nach der Stimme des Fahrers modelliert: Diese wird in ein 3D-Modell umgewandelt und im Inneren der Mutter gedruckt. Dies ist eine wirksame Methode zur Bekämpfung von Diebstahl, da nur die Stimme des Fahrers das Entfernen der Nüsse ermöglichen würde.

3D-Druck in der Automobilindustrie

Die in 3D ausgedruckten Nüsse sind nach der Stimme des Fahrers modelliert

General Motors druckt seine Sitzträger in 3D

In Zusammenarbeit mit Autodesk hat der Hersteller General Motors einen 3D-gedruckten Sitzträger aus Edelstahl für seine zukünftigen Elektroautos entworfen. Sie nutzte die generative Konstruktion, um sich ein Teil mit weniger Material und daher leichter vorzustellen, um die Energieeffizienz zu maximieren. Die Sitzstütze würde aus nur einem Teil bestehen, im Gegensatz zu 8 verschiedenen Teilen bei herkömmlichen Methoden, wäre 40% leichter und 20% stärker. Die Herstellungszeiten werden auch dadurch verkürzt, dass es überhaupt keine Montagephase gibt. General Motors hofft, bis 2023 Tausende von Teilen zu produzieren, wobei die Entwicklung der 3D-Technologien genau verfolgt wird.

Die Sitzhalterung wird nun im einem Stück hergestellt

Lamborghini integriert die additive Fertigung bei der Herstellung seines Sian Roadters

Lamborghini ist die Definition von teuren luxuriösen Sportwagen, weshalb ihre Gründe der Auswahl von additiven Fertigungstechnologien für die Herstellung ihres Sian Roadster sicher nicht die der Kostenreduzierung oder der schnelleren Produktion waren. Was waren also ihre Gründe? Für Lamborghini steht die additive Fertigung vor allem für eins: grenzenlose Anpassungsmöglichkeiten. Die Anpassungsmöglichkeiten sind so unbegrenzt, wie man sich das vorstellen kann. Lamborghini bietet jedem Käufer des Sian Roadster die totale Kontrolle über das Interieur sowie einige Lackierungen. So wurden die neu gestalteten Luftauslässe 3D gedruckt und erlauben den Kunden die Personalisierung unter anderem durch die Integration ihrer Initialen in das Design.

3D-Druck in der Automobilindustrie

Der Fahrer kann den Innenraum seines Fahrzeugs personalisieren

McLaren nutzt die additive Fertigung als Schlüsselkomponente

Auch McLaren hat die additive Fertigung in den Herstellungsprozess ihres 720S integriert. Durch die Benutzung eines Harzdruckers konnten so alle Einzelteile der Karosserie innerhalb von 140 Stunden gedruckt werden. Da es sich bei dem 720S um einen Sportwagen handelt, ist die Aerodynamik eine entscheidende Komponente für die Performance des Wagens. Daher entschied sich McLaren dazu die Originalteile der aerodynamischen Teile, wie Heckflügel, die Motorhaube, die Außenflügel der Türen und die Stoßstange, durch 3D-gedruckte Teile zu ersetzen. So konnte der 720S nicht nur schneller und günstiger, sondern auch effizienter und qualitativ hochwertig produziert werden.

Der McLaren 720S enthält mehrere Teile aus dem 3D-Drucker

Mercedes stellt LKW Ersatzteile aus Metall additiv her

Da die Automobilindustrie sich nicht nur auf die Kraftfahrzeuge zur Beförderung von Personen (PKW) beschränkt, sondern auch die Kraftfahrzeuge zur Beförderung von Frachtgütern (LKW) mit einbezieht, widmet sich dieses Beispiel letzterem. Nachdem sich Mercedes zuerst erfolgreich auf den 3D-Druck von Ersatzteilen für LKWs aus Plastik konzentriert hat, stellt das Unternehmen mittlerweile auch Ersatzteile für LKWs aus Metall additiv her. Durch die Verwendung von Metall werden die Ersatzteile belastbarer und hitzebeständiger. Hinzu kommt der Vorteil, dass Mercedes durch die additive Fertigung die Möglichkeit hat, selbst bereits ausgelaufene Teile in kleiner Stückzahl kostengünstig herzustellen. Mercedes ist das erste Unternehmen, das seinen Fokus auf die Produktion von LKW Ersatzteile legt.

3D-Druck in der Automobilindustrie

Mercedes nutzt 3D-Druck zur Herstellung von Ersatzteilen

Michelin und sein 3D-gedruckter Reifen

Der französische Reifenhersteller Michelin stellte 2019 seinen ersten Prototyp eines Reifens vor, bei dem additive Herstellungstechnologien zum Einsatz kommen. Diese Reifen mit dem Namen Uptis (Unique Puncture-proof Tire System) wurden so konzipiert, dass sie luftlos sind, um das Risiko von Reifenpannen zu verringern. Das Unternehmen hat mit der amerikanischen Firma General Motors zusammengearbeitet, um diesen 3D-gedruckten Prototyp zu entwickeln. Im Erfolgsfall ist zu erwarten, dass Uptis bis 2024 einige Autos ausrüsten wird. Bisher wurde der 3D-Druck nur für die Entwicklung des Prototyps unter Verwendung erneuerbarer und biologischer Materialien verwendet, aber wenn die Produktion höhere Volumen erreichen sollte, könnte diese Technologie in größerem Maßstab eingesetzt werden. Schliesslich können diese pannensicheren Reifen auch Abfall reduzieren, um eine nachhaltige Mobilität zu fördern.

Der Uptis-Reifen

MINI bietet die individuelle Anpassung seiner Fahrzeuge an

MINI, das seit 2000 zur BMW Group gehört, bietet dank der additiven Fertigung einen gewissen Grad an Individualisierung seiner Fahrzeuge. MINI Kunden haben die Möglichkeit, ihr Fahrzeug individuell zu gestalten, indem sie z.B. den beifahrerseitigen Seitenstreifen im Fahrgastraum und die Seiteneinsätze selbst gestalten. Die Teile werden dann in den BMW-eigenen Anlagen in 3D gedruckt. Die dabei verwendeten 3D-Drucker sind allesamt hochprofessionelle Produktionsanlagen, die von BMW durch strategische Partnerschaften mit HP, Carbon und EOS präzise konfiguriert wurden. Die gesamte Gruppe führt etwa 30.000 Prototyping-Projekte pro Jahr durch und produziert mehr als 140.000 Komponenten.

3D-Druck in der Automobilindustrie

MINI bietet einen Service zur Individualisierung seiner Fahrzeuge an

Porsche und sein Kolben aus dem 3D-Drucker

Porsche setzt seit Anfang der 1990er Jahre die additive Fertigungstechnologie ein. In diesem Sommer druckte der Automobilgigant zum ersten Mal Motorkolben in 3D. Die Komponenten wurden für den Hochleistungsmotor des Porsche 911 GT2 entwickelt. Der 3D-Druck optimierte die Kolben und machte diese wichtige Motorkomponente 10 Prozent leichter als herkömmlich hergestellte Kolben. Porsche verwendete eine spezielle Aluminiumlegierung, die von Mahle entwickelt wurde, um die besten Eigenschaften für diese spezielle Anwendung zu erzielen. Das Team musste neue Parameter für die Druckarbeiten entwickeln, die von ihrem Herstellungspartner Trumpf durchgeführt wurden.

impression 3D automobile

Die Kolben wurden auf einer Metallmaschine in 3D gedruckt.

SEAT und der 3D-Druck in der Automobilindustrie

Der spanische Hersteller SEAT hat gerade ein neues 3.000 m2 großes Gebäude fertiggestellt, das alle Prozesse und Aktivitäten vor der Massenproduktion eines neuen Modells vereinheitlichen wird. Ein großer Bereich des neuen Zentrums wird den Projekten der additiven Fertigung gewidmet sein. Das Zentrum von SEAT beherbergt mehrere 3D-Drucker, genauer gesagt neue. Die Maschinen umfassen: eine HP Multi Jet Fusion, eine SLS-Maschine, 6 FDM-3D-Drucker und eine PolyJet-Lösung. Dank der Vielfalt dieser Technologien ist SEAT in der Lage, mehr oder weniger detaillierte Teile mit wichtigen mechanischen Eigenschaften und fortschrittlichen Funktionalitäten herzustellen. Die Maschinen sind 24 Stunden am Tag in Betrieb und produzieren durchschnittlich 50 Teile pro Tag. Nach Angaben des Herstellers handelt es sich bei 80% der Teile um Prototypen, mit denen Fahrzeuge schneller entwickelt werden können, der Rest besteht hauptsächlich aus Werkzeug- und Anpassungskomponenten.

3D-Druck in der Automobilindustrie

SEAT hat ein Zentrum für additive Fertigung eröffnet

Volkswagen und sein Transporter

Anlässlich der Eröffnung seines neuen Innovations- und Konstruktionszentrums in Kalifornien präsentierte der Autohersteller Volkswagen eine modernisierte elektrische Version des Kombi von 1962, den Typ 20. Interessant ist, dass das berühmte Modell des Vans mehrere Komponenten wie das Lenkrad, die Spiegelträger und sogar die Räder in gedruckter Form herstellen ließ. Durch die Integration der 3D-Drucktechnologie konnte Volkswagen das Gesamtgewicht des Vans reduzieren und gleichzeitig die geometrische Komplexität erhöhe

3D-Druck in der Automobilindustrie

Mehrere Teile wurden in 3D gedruckt

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