Automobil, Schiene & Luftfahrt: Wie 3D-Druck Fahrzeugteile revolutioniert

Kommerzieller Verkehr und Fahrzeugfertigung gehören zu den schwersten und fabrikintensivsten Industrien. Selbst das kleinste Auto ist ein massives Unterfangen mit Tonnen von Komponenten – ganz zu schweigen von riesigen Flugzeugen oder Lokomotiven. Diese Fahrzeuge sind für den jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt.

Das bedeutet auch, dass viele dieser Fahrzeuge und ihre Komponenten im Laufe der Jahre beschädigt werden und massiven Verschleiß durch Passagiere erleiden. Früher waren Hersteller auf weit entfernte Fabriken angewiesen, die ein einzelnes Teil produzieren konnten – Sitzbezüge, Kunststoffkomponenten von Handläufen und Haltegriffen. Dies führte oft zu langen Wartezeiten, Transportkosten und Preiserhöhungen seitens der Lieferanten. Nun bietet 3D-Druck eine weit wirtschaftlichere Lösung.

Insgesamt günstiger & multifunktionale Fertigung

Abbildung 1 Bild via Angel Trains

Bei großen Fahrzeugen mit vielen brechbaren Komponenten finden Organisationen von der US Air Force bis zu britischen Bahngesellschaften 3D-Druck als tragfähige Lösung. Teile sind günstiger aus Kunststoff herzustellen und bieten einfache Anpassung.

Dies gilt besonders für Komponenten von Flugzeugen und Zügen, die seit Jahren nicht mehr produziert werden. Die Lagerhaltung bestimmter Teile kann so kostspielig sein, dass Lieferanten sie schlicht nicht mehr anbieten. Besonders bei selten bestellten Komponenten. Kunden lagerten oft große Bestände oder beauftragten Drittfertiger. Additive Fertigung durchbricht dieses Modell jedoch rasant.

Während es extrem schwierig ist, eine Produktionsstätte zu finden und Kopien solcher Komponenten zu erhalten, benötigen 3D-Drucker lediglich ein Modell. Diese können gescannt oder sogar von Grund auf neu erstellt werden. Ein weiterer Vorteil: Sie können das Teil verbessern, indem sie verschiedene Abschnitte leichter gestalten und weniger Material verbrauchen als viele traditionelle Fertigungsformen.

Diese Produktionsweise beinhaltet oft auch Anpassung und Verbesserung. Im Fall von Angel Trains und verschiedenen britischen Bahngesellschaften ermöglichte 3D-Druck auch die Integration von Blindenschrift auf Zugkomponenten, damit sehbehinderte Fahrgäste Anweisungen lesen können. Solche Erweiterungen erlauben Unternehmen, solche Nachrichten zu personalisieren oder bei Bedarf günstig und einfach zu ändern.

Allein durch 3D-Druck der Haltegriffe konnten britische Bahngesellschaften die Kosten signifikant von den üblichen 15.000 £ senken und die Produktionszeit von zweieinhalb Monaten auf etwa drei Wochen verkürzen. Behörden prognostizieren, dass schließlich Kosteneinsparungen von 50 % pro Teil durch additive Fertigung und Design für 3D-Druck erreichbar sein werden.

Zusätzlich ermöglicht 3D-Druck die Produktion verschiedener Komponententypen, solange die Modelle funktionieren. Nicht nur Sitz- und Tablettteile, sondern auch kleine Ingenieurskomponenten, die sonst aus separaten Maschinen und Anlagen stammen müssten. Dieser multifunktionale Aspekt erlaubt Unternehmen, eine Reihe von Teilen und Werkzeugen mit einem einzigen Gerät und günstigeren Materialien zu produzieren.

On-Demand-Produktion

Abbildung 2 Bentley Blower

Ein Schlüsselfeature von 3D-Druck ist die Fähigkeit, Produktion auf Zeitplänen zu ermöglichen, die dem Unternehmen passen – nicht dem Teilehersteller oder -verteiler – und ohne dedizierte Fertigungsstätte. Deshalb ist die Fertigung lange nicht mehr produzierter Teile im Bereich Oldtimer-Restaurierung enorm einflussreich. Unternehmen wie Porsche nutzen dies, um Kosten bei der Ersatzteilproduktion zu senken, aber On-Demand-Produktion macht auch die Kleinserienfertigung klassischer Automobile wieder rentabel.

Bentley nutzt beispielsweise 3D-Druck, um ältere Modelle seiner klassischen Linien vollständig nachzubauen – die erste Fortsetzung eines Vorkriegs-Rennwagens. Das Unternehmen wird 12 Exemplare des klassischen 1929er Bentley 4½-Liter „Blower“ produzieren. Die Blowers gehören zu den begehrtesten Bentleys unter Sammlern und sind eine große Attraktion für Auto-Enthusiasten.

Ähnliche Initiativen haben Restauratoren weltweit ermöglicht, alte Autos aufzuarbeiten und Automobile, die einst als unmöglich zu reproduzieren galten, mit getreuen Nachbildungen klassischer Teile wiederzubeleben. Dies wurde durch Fortschritte in 3D-Scanning, Modellierung und anderen Technologien erleichtert.

Lokalisierte Fertigung

Das Sahnehäubchen: 3D-Druck ermöglicht Inhouse-Fertigung, Design und Verbesserung all dieser Komponenten. Zusätzlich zu allen anderen Vorteilen bedeutet dies, dass Prototyping und Tests beschleunigt und auf die gewünschte Einrichtung lokalisiert werden. Dies war ein großer Segen für Flugzeughersteller.

2019 zertifizierte die US Air Force ihr erstes 3D-gedrucktes Teil – eine Toilettenabdeckung für eines ihrer Flugzeuge. Da viele Einheiten ihrer Flotte über ein Jahrzehnt alt sind, nutzt die USAF 3D-Druck, um Durchlaufzeit und Kosten für Ersatzteile wie Latrinenabdrücke drastisch zu senken. Dies ist besonders nützlich, da viele dieser Flugzeuge nicht mehr produziert werden und die Lieferung von Ersatzteilen über ein Jahr dauern kann.

Mit 3D-Druck müssen sie nicht auf einen Lieferanten warten, sondern produzieren solche Komponenten in eigenen Einrichtungen. Besonders bei der USAF beträgt das Durchschnittsalter der Flugzeuge 28 Jahre. Viele Fabriken, die diese Teile herstellten, sind verschwunden; Liefer- und Produktionszeiten für bestehende können bis zu einem Jahr betragen.

Die Luftfahrtindustrie kann in derartiger Not nach Ersatzteilen sein, dass in manchen Fällen Flugzeugrestaurierungsdienste verschrottete Flugzeuge nach diesen Komponenten durchsuchen. Mit 3D-Druck sank die Beschaffungszeit für diese Teile von einem Jahr auf 2 Tage. Diese Teile werden nun im eigenen Haus mit umfangreichen Tests produziert. Die USAF wird 3D-Druck künftig auf weitere Produkte anwenden.