5 führende Autohersteller nutzen 3D-Druck zur Produktionsrevolution

3ERP hat viele der verschiedenen Wege aufgezeigt, wie Automobilhersteller von den Vorteilen des 3D-Drucks profitieren. Da die Technologie im Automobilsektor immer mehr Mainstream-Fuß fasst, nehmen viele Unternehmen Notiz, setzen sie aber in unterschiedlichen Kapazitäten und für diverse Zwecke ein. Diese Bedürfnisse können alles umfassen – von Werkzeugen über Ersatzteile/Lieferkettenmanagement bis hin zu Endverbrauchsteilen und sogar ganzen Fahrzeugen.

Es ist interessant zu sehen, wie weit die Technologie gekommen ist, wie sie von den Großen der Branche eingesetzt wird und wohin sie ihre zukünftigen Produktionsketten führen sehen. Dieser Artikel gibt Einblick in die vielen Weisen, wie einige der größten Automobilhersteller der Welt 3D-Druck in ihren Workflow integrieren.

BMW

Da die meisten 3D-Druckanwendungen für kleinere Serien genutzt werden, gibt es viel Raum für Individualisierung und Komplexitätssteigerung durch die einzigartigen Elemente des 3D-Drucks. BMW ist fremd gegenüber solchen Design- und Fertigungsformen nicht und setzt 3D-Druck in Vorentwicklung, Fahrzeugvalidierung und Testing sowie in Konzept- und Showcars ein. Sie nutzen die Technologie für größere Volumen, aber kleinere Serien erlauben präzise Personalisierung nach Kundenwunsch.

Das Unternehmen war produktiv im Einsatz additiver Fertigung und sieht laut BMW-Experten in Deutschland „großes zukünftiges Potenzial für Serienproduktion und neue Kundenangebote“. Sie arbeiten sowohl an Kunststoff- als auch Metallkomponenten. Bekannt ist ihre Zusammenarbeit mit HP zur Produktion auf Großserienanlagen.

Wie viele andere auf dieser Liste nutzt BMW 3D-Druck, um Teile herzustellen, die andere Technologien nicht erstellen können. Ein gutes Beispiel ist der Dachhimmel des i8 Roadster. Die Befestigung dieses Bauteils wäre mit traditionellem Guss nicht möglich gewesen. Neben erweiterten Designmöglichkeiten ist das 3D-gedruckte Autoteil langlebiger und leichter als vorherige Versionen.

Ebenso präsentierte BMW den iFE.20 Formula-E-Rennwagen mit einem 3D-gedruckten Kühlschaft aus Flachsfasern. Das Teil wurde Ende 2019 vorgestellt. Im Vergleich zu üblichen Karbonmaterialien bietet Flachs höhere Absorption und Schlagfestigkeit – vorteilhaft auf Stadtkursen mit Unebenheiten und Crashbarrieren, auf denen die Formula E stattfindet. Dies machte ihn zum ersten BMW-Rennwagen eines Werksteams mit Teilen aus erneuerbaren Textilfasern – auch umweltfreundlich.

BMW-Handschuhe mit Daumenschutz

Das Unternehmen nutzt 3D-Druck auch für Werkzeuge und Sicherheit. Ein Beispiel sind spezielle Handschuhe zum Einbau von Ablauflochstopfen. Diese Stopfen müssen manuell mit den Fingern des Ingenieurs eingesetzt werden, was großen Daumenbelastung bedeutet. Glücklicherweise entwickelten sie eine 3D-gedruckte Lösung, die auf Arbeitshandschuhe passt.

Auch abseits eigener Automobile unterstützen die Ingenieure externe Projekte. Ein Beispiel: Entwicklung maßgeschneiderter 3D-gedruckter Sitze für das britische Paralympics-Basketballteam. Mittels 3D-Körperscans und additiver Fertigung konstruierten BMW-Ingenieure einen ganzen Fuhrpark an Rollstühlen, der den Spielern ein höheres sportliches Niveau ermöglichte.

Ford

Fords Vorrichtungen & Spannmittel

Was das Engagement für 3D-Druck angeht, geht Ford voll voran. Das Unternehmen errichtete ein additives Fertigungszentrum und integrierte dessen Betrieb umfangreich in die Workflows. Für Kunststoff- und Metalldruck pflegen sie langjährige Partnerschaften mit Unternehmen wie Ultimaker, Stratasys und GE Additive, die Maschinen für diverse AM-Anwendungen entlang der Produktionskette liefern.

Sie nutzen 3D-Druck auch, um Kosten und Zeit bei Werkzeugen zu sparen, da sie feststellten, dass es schneller ist, eigene Teile in der Anlage herzustellen, als auf Zulieferer zu warten. Dieselben Prinzipien wenden sie auf Vorrichtungen und Spannmittel an, die sie in Einrichtungen weltweit entwickeln.

Ihre 3D-Druckoperationen haben sich über die letzten Jahrzehnte ausgeweitet, sowohl Metall- als auch Kunststoffkomponenten werden gefertigt. Wie das Unternehmen angibt: „In den letzten Jahrzehnten hat Ford weit über 500.000 Teile gedruckt und Milliarden Dollar sowie Millionen Arbeitsstunden eingespart. Wo es mit traditionellen Methoden 4-5 Monate und 500.000 $ gekostet hätte, einen Prototyp herzustellen, kann ein 3D-gedrucktes Teil in Tagen oder Stunden für wenige Tausend Dollar produziert werden.“

Auch Fords Tochterunternehmen zeigen ihre AM-Fähigkeiten, insbesondere die Designteams hinter dem Shelby GT500. Dieses Jahr 3D-druckten sie die vielversprechendsten Designs für den neuen GT500 in wenigen Tagen, was Verbesserungs- und Testphasen enorm beschleunigte. Dieses Tempo erlaubt es, den Shelby GT500 schrittweise rasch zu optimieren und neue physische Designs in atemberaubender Geschwindigkeit einzubringen. Sie entwickelten auch ein neues Spoiler-Flügel-Hybrid-Design, das das Team „The Swing“ nennt. Dieses Design ist ein prominenter Faktor für die beeindruckenden aerodynamischen Fähigkeiten des GT500.

EcoBoost Motor

Im Februar setzte das Unternehmen einen weiteren 3D-Druck-Meilenstein. Ihre Ford Performance Division, zuständig für Hochleistungskomponenten, 3D-druckte das nach eigenen Angaben größte Metall-Autoteil für ein fahrbereites Fahrzeug in der Automobilgeschichte. Das Metallteil wurde im Hoonitruck verbaut, einem 1977er Ford F-150 mit Twin-Turbo 3,5-Liter V6 EcoBoost-Motor. Das Teil selbst ist ein Aluminium-Ansaugkrümmer, gedruckt mit GE Additives Concept Laser X LINE 2000R.

Volvo

Obwohl nicht der prominenteste Nutzer von Automobil-3D-Druck, hat Volvo in jüngster Zeit große Fortschritte gemacht. Wie viele andere auf dieser Liste nutzt Volvo 3D-Druck für Werkzeuge und Lieferkettenmanagement. Besonders nützlich war 3D-Druck beim Nachrüsten von Maschinen mit Neudrucken für nicht mehr produzierte Teile. Volvo nutzt vorwiegend 3D-gedruckte Kunststoffteile und strebt die Implementierung von Metallteilen in naher Zukunft an.

Stand 2018 nutzte das Unternehmen additive Fertigung primär für Prototyping und Werkzeuge. „Da wir nur geringe Stückzahlen für Prototypen benötigen, ist es ein guter Weg zu sehen, was funktioniert“, sagt Fredrick Andersson, Entwicklungsingenieur für Radlader-Antriebsstranginstallation bei Volvo CE. „Wir haben viel Wissen und können Änderungen schnell und einfach per 3D-Druck vornehmen. Dadurch verkürzt sich die Time-to-Market für neue Produkte – ein großer Vorteil für unser Unternehmen.“

Die erhöhte Prototyping-Geschwindigkeit half massiv bei diverser neuer Technologie. Beispiel: Volvo-Ingenieure entwarfen neue Wasserpumpengehäuse für A25G- und A30G-Fahrzeuge. Sie liefen Simulationen zur Optimierung interner Strömungskanäle, benötigten aber einen Prototyp für funktionale Tests zur Validierung. Werkzeugkosten: ca. 9.090 $, Teilkosten ca. 909 $, Lieferzeit mindestens 20 Wochen. Per 3D-Druck kostete der Prototyp 770 $ und dauerte nur zwei Wochen.

2019 steigerte Volvo den Einsatz, besonders bei Volvo Trucks. Ihr New River Valley (NRV) Werk in Dublin, Virginia sorgte in der Fertigungswelt für Schlagzeilen. Sie nutzen primär SLS, aber auch andere AM-Methoden. Diese Anlage produziert über 500 Fertigungswerkzeuge und Spannmittel für den Shopfloor per 3D-Druck. Die Anlage ist auch ein wichtiger Knotenpunkt für nordamerikanische Automobiltechnik.

Neben Nutzfahrzeugen entwickelt das Unternehmen Baumaschinen. 3D-Druck hinterließ auch hier Spuren: Volvo setzte 3D-Druck beim Re-Tooling ihrer Gelenkkipper ein und senkte Prototyping-Kosten auf ein Zehntel. Die Zeit verkürzte sich von 20 auf lediglich 2 Wochen.

GM

General Motors und seine diversen Sparten sind große Nutzer (und Entwickler) der 3D-Drucktechnologie. Stand 2018 sparte GM 300.000 $ jährlich bei Werkzeugen und macht signifikante Fortschritte bei der Entwicklung neuer Technologien mit alternativen Antrieben. Der führende Automobilhersteller kündigte an, bis 2023 weltweit 20 neue Elektro- und Brennstoffzellenmodelle auf den Markt zu bringen.

Obwohl ihre 3D-Druckoperationen weitgehend auf Prototyping fokussiert waren, erweitern sie diese. Das Unternehmen plant, die Druckoperationen zu skalieren, um „Zehntausende Teile im großen Maßstab zu produzieren, sobald die Technologie verbessert ist“, laut Kevin Quinn, Director of Additive Design and Manufacturing bei GM. Dieser Plan wird sich wahrscheinlich über die nächsten 5 Jahre entfalten.

Das Warren Tech Center produziert jährlich rund 30.000 Prototypenteile aus mindestens neun Materialarten – Kombinationen aus Kunststoffen, Metallen und Pulvern. Primär für Prototyping, aber das Unternehmen schaut auch auf Endverbrauchsteile. Sie teilen sich HRL Laboratories mit Boeing, die eine 3D-gedruckte Aluminiumlegierung entwickelten.

Dan Grieshaber, GM-Direktor für globale Fertigungsintegration, erklärte, die Mehrheit der GM-Werke verfüge nun über 3D-Drucker. Das Unternehmen plant, dies weiter auszubauen, zumindest in nordamerikanischen Werken. Der Schritt wird GM vermutlich Millionen Dollar an Produktionskosten jährlich einsparen. GM investiert seit langem in 3D-Druck und dessen Sub-Technologien. Sie wenden es für den schnellen Bau von Werkzeugen und Zubehör für Arbeiter in ihren Werken an. Erst dieses Jahr gab das Unternehmen an, dass die Implementierung einer 35.000 $ 3D-Druckmaschine das Unternehmen über zwei Jahre 300.000 $ eingespart hat. Während Werkzeugproduktion die primäre Rolle des Druckers ist, könnte die Rolle der additiven Fertigung im Tagesgeschäft zunehmen.

GMs Halterung in Zusammenarbeit mit Autodesk entwickelt

Die Partnerschaft mit Autodesk war vorteilhaft für die Fertigung leichter 3D-gedruckter Teile, die dem Automobilhersteller helfen könnten, seine Ziele für alternative Antriebe zu erreichen. Ebenfalls Teil dieser Kollaboration: 2019 präsentierten beide Unternehmen einen 3D-gedruckten Sitzbügel aus Edelstahl, entwickelt mit Autodesk-Technologie.

Anfang 2019 prüfte GM eine neuartige Designanwendung für 3D-Druck. In Zusammenarbeit mit Michelin sollten neue Reifen mit überlegener Haltbarkeit entstehen. Der Uptis-Reifen ist noch in Entwicklung, aber die Unternehmen sind in die Testphase übergegangen. Sie behaupten, die Reifen wären 100 % nachhaltig, widerstandsfähig und langlebiger. Auch eine grünere Alternative mit weniger Abfall in der Produktion. Kürzlich testeten Ingenieure eine Flotte von Chevrolet Bolt EVs mit den neuen Reifen in Michigan und schwebten die Möglichkeit einer öffentlichen Verfügbarkeit 2024.

Porsche

Porsche nutzt 3D-Druck für diverse Zwecke – von Hauptkomponenten bis zur Neuerfindung der Lieferkette für ältere Modelle. Derzeit produziert Porsche sehr spezifische Ersatzteile per 3D-Druck, aber noch nicht umfassend. Dies liegt an den strengen Qualitätsstandards, die sie zur Sicherheitssicherung durchführen müssen. Das Unternehmen arbeitet auch mit einer insgesamt geringeren Stückzahl, da es eine klassische Luxusmarke ist.

Für die Entwicklung nicht mehr produzierter Komponenten wie dem Ausrückhebel der Kupplung am Porsche 959 setzt das Unternehmen Laserschmelzen ein. Sie verwenden pulverförmigen Werkzeugstahl und erhalten das Teil weit effizienter als mit alternativen Methoden.

3D-Druck ermöglichte dem Unternehmen auch den Übergang zu On-Demand-Druck, was deutlich geringere Kosten bei Material, Transport und Lagerung bedeutet. Dies ist auch vorteilhaft, da diese Teile nicht in hoher Nachfrage stehen und oft teuer in konstanter Produktion sind. Porsche arbeitet prominent mit Markforged an der Wiederbelebung dieser Klassiker.

Hauptsächlich nutzen sie SLM und SLS für die benötigten Teile. Porsche erklärte, die 3D-gedruckten Teile seien in vielen Fällen den älteren überlegen. Obwohl sie derzeit eine begrenzte Anzahl an Teilen drucken, erweitern sie das Portfolio seit 2018 und testen zukünftige Komponenten.