{"id":26861,"date":"2021-02-08T00:01:32","date_gmt":"2021-02-07T23:01:32","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=26861"},"modified":"2024-02-20T15:39:55","modified_gmt":"2024-02-20T14:39:55","slug":"rolle-der-additiven-fertigung-in-automobilindustrie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/rolle-der-additiven-fertigung-in-automobilindustrie\/","title":{"rendered":"Die Rolle der additiven Fertigung in der Automobilindustrie"},"content":{"rendered":"

In der Automobilindustrie haben OEMs die additive Fertigung<\/a> in der Vergangenheit haupts\u00e4chlich f\u00fcr das Rapid Prototyping genutzt. In den letzten Jahren haben die Fortschritte in der additiven Fertigung jedoch langsam die Art und Weise ver\u00e4ndert, wie Endverbrauchsteile entworfen, hergestellt und vertrieben werden. Die Studie „3D opportunity in the automotive industry<\/a>“ von Deloitte erkl\u00e4rt, dass Unternehmen auf dem derzeitigen Standardweg der additiven Fertigung keine radikalen Ver\u00e4nderungen in den Lieferketten oder Produkten anstreben. Additive Fertigung wird eingesetzt, um Design-Iterationen zu entwickeln, um die Qualit\u00e4t durch kosteneffizientes Prototyping zu verbessern und um spezifische Werkzeugteile zu erstellen. Dennoch gibt es andere Pfade der additiven Fertigung in der Automobilindustrie, die Produkte und Lieferketten radikaler ver\u00e4ndern. Dies werden wir im folgenden \u00dcberblick \u00fcber die Auswirkungen von additiver Fertigung in der Automobilbranche untersuchen. Tats\u00e4chlich hat der Bericht von SmarTech Analysis ergeben, dass der 3D-Druck in der Automobilindustrie bis 2029 allein mit der Produktion von Endverbrauchsteilen einen Umsatz von 9 Milliarden US-Dollar generieren wird, verglichen mit 1,39 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019. Wohin steuert AM in diesem Sektor also?<\/p>\n

Vorteile in der Vorproduktionsphase<\/h3>\n

Die Beschleunigung der Produktdesign-Phase w\u00e4hrend der Entwicklung neuer Produkte ist in jeder Branche unerl\u00e4sslich. Gl\u00fccklicherweise kann der 3D-Druck in dieser Phase die teure und mit langen Vorlaufzeiten verbundene CNC-Fertigung ersetzen. Genauer gesagt erm\u00f6glicht er es den Designern, kosteng\u00fcnstig<\/strong> mehrere<\/strong> Iterationen<\/strong> zu durchlaufen, bevor sie sich f\u00fcr das Endprodukt entscheiden. Der Prozess l\u00e4uft folgenderma\u00dfen ab: Sobald die Designer einen Bedarf des Nutzers identifiziert, und Ideen zur Erf\u00fcllung dieses Bedarfs entwickelt haben, entwickeln sie einen Prototyp. Im n\u00e4chsten Schritt wird dieser Prototyp getestet, um sein Design zu verbessern. Dieser iterative Prozess wird auch als Rapid Prototyping<\/strong> bezeichnet.<\/p>\n

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Muster von 3D-gedruckten Wasseranschl\u00fcssen aus Metall f\u00fcr den Audi W12-Motor | Bildnachweis: Volkswagen AG<\/p><\/div>\n

Volkswagen zum Beispiel arbeitet seit 25 Jahren mit 3D-Drucktechnologien. Erst im vergangenen Jahr investierte das Unternehmen in zwei weitere 3D-Drucker von Stratasys<\/a>. Peter Bartels, Leiter des Vorserien-Centers von Volkswagen, erkl\u00e4rte, dass diese Investitionen „zus\u00e4tzliche F\u00e4higkeiten darstellen, die den 3D-Druckbetrieb st\u00e4rken und eine weitere Optimierung des Konstruktionsprozesses erm\u00f6glichen<\/em>.“ Dar\u00fcber hinaus kann auch die Konstruktion von Werkzeugen (Griffe, Vorrichtungen und Halterungen) optimiert und kosteng\u00fcnstiger produziert werden. Das Tooling<\/strong> spielt eine wichtige Rolle am Flie\u00dfband, um wiederholbare und qualitativ hochwertige Produkte herzustellen. Diese Anwendungen sind das, was Deloitte als den aktuellen Standard-Pfad<\/em> hinsichtlich der additiven Fertigung<\/em> in der Automobilindustrie bezeichnet.<\/p>

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Das wachsende Segment der Endverbraucherteile<\/h3>\n

Dar\u00fcber hinaus interessieren sich mehrere OEMs f\u00fcr den 3D-Druck zur Entwicklung von Endverbrauchsteilen und gehen damit \u00fcber Rapid-Prototyping-Anwendungen hinaus. Daf\u00fcr gibt es viele Gr\u00fcnde, die sich als Streben nach Produktinnovation<\/strong> in einem wettbewerbsintensiven Sektor wie der Automobilindustrie zusammenfassen lassen. Eine M\u00f6glichkeit, Produktinnovation zu erreichen, besteht darin, die Leistung eines Teils drastisch zu erh\u00f6hen, zum Beispiel durch Gewichtsreduzierung. Produktinnovation durch Individualisierung ist ebenfalls von gro\u00dfem Interesse, insbesondere f\u00fcr Hersteller von Luxusautos.<\/p>\n

Ein Vorteil des Einsatzes von additiver Fertigung ist in der Tat die m\u00f6gliche Produktion von Komponenten mit geringerem Gewicht<\/strong>, um Fahrzeuge zu schaffen, die weniger Kraftstoff verbrauchen. Die Rolle der Industriedesign-Software ist daher zentral. Im Laufe der Jahre haben sich die CAD- und CAM-L\u00f6sungen drastisch verbessert, insbesondere f\u00fcr die additive Fertigung. Sie enthalten oft Werkzeuge f\u00fcr generatives Design, Topologie-Optimierung und Gittergenerierung, die das Gesamtgewicht der Teile reduzieren und gleichzeitig ihre Funktion erhalten oder verbessern. Leichtere Teile sind oft auch komplexer<\/strong>. Aber da additive Fertigung im Gegensatz zu konventionellen Methoden in der Designfreiheit nicht eingeschr\u00e4nkt ist, stellt die Komplexit\u00e4t keine Herausforderung dar. Es ist anzumerken, dass dank additiver Fertigung auch eine Vereinfachung der Teile<\/strong> m\u00f6glich ist, indem mehrere Teile in einem einzigen Design zusammengefasst werden. Daher k\u00f6nnte die Montagekomplexit\u00e4t langfristig reduziert werden, wenn eine gro\u00dfe Menge dieser Teile produziert werden muss.<\/p>\n

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Die generativen Designwerkzeuge von Autodesk halfen bei der Konstruktion leichterer R\u00e4der f\u00fcr einen Volkswagen 1962 Typ 2 Microbus mit 11 Fenstern<\/p><\/div>\n

Additive Fertigung bietet auch mehr M\u00f6glichkeiten zur Personalisierung<\/strong>. Tats\u00e4chlich nutzen einige Hersteller von Luxusautos bereits additive Fertigung, um auf Kundenw\u00fcnsche zugeschnittene Designs zu liefern. Herk\u00f6mmliche Fertigungsmethoden wie CNC oder Spritzguss w\u00e4ren nicht in der Lage, einzigartige Teile in wettbewerbsf\u00e4higen Vorlaufzeiten zu liefern. Auch die Kosten f\u00fcr die Herstellung solcher Teile w\u00fcrden sich erheblich unterscheiden. Dar\u00fcber hinaus kann die Personalisierung auch f\u00fcr die Lieferung von Ersatzteilen<\/strong> genutzt werden, um z. B. ein \u00e4lteres Automodell zu reparieren.<\/span><\/p>\n

Ein Beispiel f\u00fcr eine Endanwendung ist der 3D-gedruckte Aluminium-Ansaugkr\u00fcmmer (Teil des Motors, der das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu den Zylindern f\u00fchrt) von Ford, der in einen Hoonitruck von 1977 eingebaut wurde<\/a>. Nach Angaben des Herstellers war dieses Ersatzteil das gr\u00f6\u00dfte jemals produzierte 3D-gedruckte Automobilteil. Es wurde in f\u00fcnf Tagen mit dem Concept Laser X LINE 2000R von GE Additive gedruckt. Historisch gesehen ist Ford eines der Unternehmen, das am meisten in der Industrialisierung von additiver Fertigung geforscht hat. Bereits 1986 hatte es in einen SLA 3 (den ersten 3D-Drucker \u00fcberhaupt) investiert. Das Unternehmen erkl\u00e4rte in einer offiziellen Presseerkl\u00e4rung: „Es dauerte nicht lange, bis wir erkannten, dass diese Erfindung genutzt werden konnte, um neue Teile f\u00fcr Prototypen schneller und effizienter als je zuvor zu erstellen.<\/em>“ Heute hat das Unternehmen \u00fcber 500.000 Teile gedruckt und „Milliarden von Dollar und Millionen von Arbeitsstunden gespart.<\/em>“\u00a0 In seinem Advanced Manufacturing Centre in Detroit hat es in FDM-, SLS- und Sand-3D-Drucker investiert.<\/span><\/p>\n

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Fords 3D-gedruckter Aluminium-Ansaugkr\u00fcmmer | Bildnachweis: Ford<\/p><\/div>\n

Ein weiteres Beispiel ist die BMW Group, die im Jahr 2020 den Additive Manufacturing Campus<\/a> in der N\u00e4he von M\u00fcnchen er\u00f6ffnete. Der Bau des Campus kostete rund 15 Millionen Euro. Heute werden dort rund 50 industrielle Anlagen zur Verarbeitung von Metall und Kunststoff betrieben. Die Produktion von Prototypen, Serienteilen, Forschung und Entwicklung sowie die Ausbildung von Mitarbeitern in der werkzeuglosen Fertigung finden hier statt. Mit dieser Investition beweist die BMW Group ihr Vertrauen in 3D-Drucktechnologien. Wie andere Automobilhersteller auch, investierte der Konzern 1991 zun\u00e4chst in die additive Fertigung, um Prototypen f\u00fcr Konzeptfahrzeuge herzustellen. Sp\u00e4ter wurden Kleinserien von Teilen unter anderem f\u00fcr DTM-Rennwagen, den Rolls-Royce Phantom, den BMW i8 Roadster und den MINI produziert. In einem Jahr wurden 300.000 Teile in 3D gedruckt. Vorstandsmitglied Milan Nedeljkovi\u0107 kommentierte: „Additive Fertigung ist bereits heute ein integraler Bestandteil unseres weltweiten Produktionssystems und ein fester Bestandteil unserer Digitalisierungsstrategie. In Zukunft werden neue Technologien dieser Art die Produktion noch schneller machen und uns erlauben, das Potential der werkzeuglosen Fertigung noch besser zu nutzen<\/em>.“<\/p>\n

Die Lieferkette ver\u00e4ndert sich<\/h3>\n

Die Deloitte-Studie weist auch darauf hin, dass sich die oben genannten Ver\u00e4nderungen letztlich auf die Lieferketten auswirken werden. Heute lagern die OEMs den Gro\u00dfteil ihrer Teile aus. Der Bericht erkl\u00e4rt: „Wenn die OEMs den Weg der Produktevolution einschlagen, wird das letztlich zu zwei Ergebnissen f\u00fchren: kleinere Lieferketten und ein gr\u00f6\u00dferer Wertbeitrag der OEMs. Ein wichtiger Effekt von additiver Fertigung k\u00f6nnte die Verk\u00fcrzung und Vereinfachung der enormen Lieferketten<\/strong> in der Automobilindustrie sein, die derzeit bestehen. Die OEMs arbeiten mit Tausenden von Zulieferern zusammen, um die verschiedenen Komponenten im Auto zu beschaffen [und] suchen st\u00e4ndig nach M\u00f6glichkeiten, ihre Lieferketten zu verk\u00fcrzen.<\/em>“ Daher k\u00f6nnen Unternehmen die Vorteile von additiver Fertigung nutzen, um Lieferketten zu transformieren, indem sie vor Ort produzieren<\/strong> und den Teilbestand reduzieren<\/strong>.<\/p>\n

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Mithilfe von generativem Design und additiver Fertigung war General Motor in der Lage, die acht verschiedenen Komponenten einer Sitzhalterung in einem einzigen 3D-gedruckten Teil zu konsolidieren.<\/p><\/div>\n

Materialentwicklung<\/h3>\n

Im Laufe der Jahre haben Verbesserungen in der Materialtechnologie<\/strong> dazu gef\u00fchrt, dass mehr Materialien f\u00fcr den Prozess der additiven Fertigung geeignet sind. Automobilteile werden in der Regel aus Hochleistungs-Polymeren, kohlefaserverst\u00e4rkten Thermoplasten und Metallen hergestellt. OEMs haben sich aktiv darum bem\u00fcht, leichtere Materialien wie Kohlefaser und Aluminium in die Fahrzeugkarosserie einzubauen. Daher k\u00f6nnen Materialien, die f\u00fcr die additive Fertigung ma\u00dfgeschneidert sind, eine gr\u00f6\u00dfere Anzahl von Eigenschaften in das Endprodukt einbringen, sind aber auch entscheidend f\u00fcr die Entwicklung von Funktionsprototypen.<\/p>\n

Zum Beispiel arbeitet BASF Forward AM<\/a> mit seinen Kunden und Hardware-Herstellern zusammen, um innovative Produkte durch den Einsatz der additiven Fertigung zu entwickeln. Forward AM hat mit Daimler zusammengearbeitet, um ein neues Motorlager zu entwerfen, das die \u00dcbertragung von Vibrationen reduziert, um den Fahrgastkomfort zu maximieren. Motorlager wurden im letzten Jahrzehnt meist aus spritzgegossenen, faserverst\u00e4rkten Polymeren hergestellt. Die Notwendigkeit k\u00fcrzerer Entwicklungszyklen und geringerer Kosten hat jedoch diesen traditionellen Designprozess und die Materialien unter Druck gesetzt. BASF Forward AM eliminierte den sehr kostspieligen Bedarf an neuen Werkzeugen bei jeder Design\u00e4nderung, indem AM-Technologien in den Prozess einbezogen wurden. Die Herausforderung war folgende: die strengen thermischen und mechanischen Leistungsanforderungen unter Testbedingungen zu erf\u00fcllen. Sie ben\u00f6tigten ein sehr steifes und thermisch stabiles Material. Die perfekte Wahl war Ultrasint PA6 MF (ein mineralgef\u00fclltes Polyamid 6, das PA11 und PA12 \u00fcbertrifft), mit dem testfertige Prototypen in weniger als 48 Stunden hergestellt werden konnten (statt mehrerer Wochen mit Spritzguss). Obwohl das Design des 3D-gedruckten Teils anders aussah, konnte es wie das Original als voll funktionsf\u00e4higer Prototyp in der Entwicklungsphase verwendet werden, solange kein Spritzgussteil verf\u00fcgbar war. Es war also entscheidend, den richtigen Materialersatz zu finden, um die Leistung des Spritzgussteils zu reproduzieren.<\/p>\n

Was ist die Zukunft der AM-Anwendungen im Automobilbereich?<\/h3>\n

In den letzten Jahren mussten die Automobilhersteller neue Gesch\u00e4ftsmodelle erkunden, um Wachstum zu erzielen. Im Bericht „Automotive Industry Trends<\/a>“ von Jabil ist zu lesen, dass 71 % der Automobilunternehmen einen Zeitrahmen von weniger als 2 Jahren f\u00fcr die Markteinf\u00fchrung haben. Viele setzen auf neue Technologien, wie z. B. die additive Fertigung, um kurze Entwicklungszyklen und niedrigere Kosten zu erreichen. Die Elektrifizierung von Fahrzeugen<\/strong> ist ebenfalls von Interesse, wobei etwa 50 % der Automobilhersteller anstreben, in naher Zukunft Marktf\u00fchrer bei vollelektrischen Fahrzeugen (EV) zu sein. W\u00e4hrend sich die Industrie von Verbrennungsmotoren wegbewegt, stellt sich der 3D-Druck als eine L\u00f6sung heraus, die die Entwicklung von leichteren Teilen f\u00fcr Elektrofahrzeuge beschleunigen kann. In der Tat ist Leichtbau f\u00fcr Elektrofahrzeuge entscheidend, da er sich direkt auf die Batterielaufzeit auswirkt.<\/span><\/p>\n

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Der 3D-gedruckte Kleinbus Olli<\/p><\/div>\n

Im EV-Sektor haben Sie vielleicht schon von Olli geh\u00f6rt, einem 3D-gedruckten autonomen Elektro-Kleinbus, der 2016 von Local Motors entwickelt wurde. Der Hersteller behauptet, dass etwa 80% der Teile 3D-gedruckt wurden, was die gesamte Produktionszeit um 90% reduzierte. Die Geschwindigkeit ist auf 40km\/h begrenzt, wodurch sich Olli f\u00fcr urbane Stadtzentren, Universit\u00e4tsgel\u00e4nde und Krankenh\u00e4user eignet. Zuvor hatte Local Motors den Strati Roadster vorgestellt, einen elektrischen Zweisitzer, der zu 75 % aus 3D-gedruckten Teilen besteht.<\/p>\n

Mit der steigenden Nachfrage nach vernetzten Fahrzeugen steigt auch der Bedarf an elektronischen Ger\u00e4ten<\/strong>, wie Sensoren und Antennen im Fahrzeug, an. Mit diesem Anstieg steigt auch der Bedarf an der Entwicklung und Herstellung kleinerer, komplexerer Elektronik. Auf der Grundlage von 3D-Drucktechnologien im Mikro- und Nano-Ma\u00dfstab ist es m\u00f6glich, komplexere elektronische Komponente, die direkt in das Fahrzeug eingebaut werden k\u00f6nnen, selbst zu entwerfen. Der elektronische 3D-Druck kann die Kosten und die Entwicklungszeit f\u00fcr die Erstellung dieser Ger\u00e4te reduzieren.<\/span><\/p>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, bietet die Individualisierung<\/strong> viele M\u00f6glichkeiten. So haben MINI-Kunden derzeit die M\u00f6glichkeit, ihr Fahrzeug durch die Gestaltung des beifahrerseitigen Seitenbandes im Cockpit und der Seiteneins\u00e4tze zu personalisieren. Die BMW Group hat projekt\u00fcbergreifend bereits mehr als 140.000 Bauteile 3D-gedruckt. Christian Reinhardt, seit 2019 Teil von BASF Forward AM, kommentiert: „Eine der spannendsten und wichtigsten Anwendungen war meiner Meinung nach das MINI ‚Yours Customised‘ Projekt. Dieses Projekt hat gezeigt, dass es m\u00f6glich ist, ein 3D-gedrucktes Teil in einem echten Serienauto zu haben, und dass eine kundenspezifische Individualisierung einen beispiellosen Mehrwert bieten kann. Ich bin \u00fcberzeugt, dass dieses Projekt ein Vorreiter f\u00fcr viele zuk\u00fcnftige Anwendungen sein wird.<\/em>„<\/p>\n

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Dank 3D-Druck kann der MINI von Kunden personalisiert werden<\/p><\/div>\n

Auf globaler Ebene investieren fast alle Marktteilnehmer in 3D-Drucktechnologien, um in die Produktion von komplexeren, leistungsstarken Teilen einzusteigen. Kevin Quinn, Director of Additive Design and Manufacturing bei General Motors, erkl\u00e4rt: „Im Durchschnitt gibt es 30.000 Teile in jedem Fahrzeug. Wir sind nicht darauf aus, alle 30.000 Teile zu drucken. Stattdessen sind wir sehr realistisch. Wir konzentrieren uns auf Produktionsm\u00f6glichkeiten<\/strong>, bei denen wir einen gesch\u00e4ftlichen Nutzen f\u00fcr GM und f\u00fcr den Kunden bieten k\u00f6nnen.<\/em>„<\/p>\n

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Aktuelle und zuk\u00fcnftige Anwendungen aus der Studie von Deloitte | Abbildung \u00fcber Deloitte Analysis<\/p><\/div>\n

Abgesehen von der Verbesserung der allgemeinen Fertigungskapazit\u00e4ten und der Kostenreduzierung, die bisher die Hauptanwendung in der Branche war, beginnen die OEMs also, die Vorteile von additiver Fertigung zu nutzen, um neue Produkte zu entwickeln und die Lieferkette zu ver\u00e4ndern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In der Automobilindustrie haben OEMs die additive Fertigung in der Vergangenheit haupts\u00e4chlich f\u00fcr das Rapid Prototyping genutzt. In den letzten Jahren haben die Fortschritte in der additiven Fertigung jedoch langsam die Art und Weise ver\u00e4ndert, wie Endverbrauchsteile entworfen, hergestellt und…<\/p>\n","protected":false},"author":6079,"featured_media":26913,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"content-type":"","footnotes":""},"categories":[37,49,152,41],"tags":[],"class_list":["post-26861","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-3d-technologie","category-aktuelles","category-automotive","category-transport"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26861","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6079"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26861"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26861\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":30023,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26861\/revisions\/30023"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/26913"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26861"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26861"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26861"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}