Wie 3D-Druck die Automobilproduktion revolutioniert – Einblicke 2021

3D-Druck hat sich weit über ein Rapid-Prototyping-Tool hinaus entwickelt; er ist nun Kernbestandteil der Automobilfertigung.

Laut Jabil-Umfrage 2018 planen 94 % der Automobilakteure, ihre additiven Fertigungskapazitäten (AM) auszubauen.

In den folgenden Abschnitten beleuchten wir die Hauptvorteile von 3D-Druck für Automobilhersteller, die Integration in die Produktion, bestehende Herausforderungen und die Zukunft.

Vorteile von 3D-Druck für die Automobilindustrie

1. Designinnovation

3D-Druck erschließt Geometrien, die konventionelle Methoden nicht erreichen, und ermöglicht leichte, leistungsstarke Komponenten.

Ingenieure kombinieren es mit Topologieoptimierung und generativem Design, um Übermaterial zu eliminieren, Gewicht zu reduzieren bei Erhalt der Festigkeit.

2. Vereinfachte Montage

Teilekonsolidierung reduziert die Anzahl gefertigter und montierter Komponenten, senkt Materialverbrauch, Arbeitsaufwand und Zykluszeiten.

Komplexe Mehrteiler-Baugruppen werden oft durch ein einzelnes, integriertes Teil ersetzt, das nur mit AMs Designfreiheit machbar ist.

3. Individualisierung

Mass Customization wird zum Differenzierungsmerkmal im Automarkt. 3D-Druck ermöglicht OEMs, individuelle Innenausstattungen, Exterieur-Zubehör und sogar Performance-Teile in Serie zu fertigen.

Luxusmarken wie Mini und Porsche sind Vorreiter: Mini bietet 3D-gedruckte Zierleisten und Türgriffe, Porsche nutzt 3D-gedruckte Polyurethan-Sitzpolster mit wählbarer Härte für neue Sportwagensitze.

3D-Druckmaterialien für Automobilanwendungen

Hochfeste Polymere (Nylon, PEEK), langlebige Kunststoffe (ABS, ASA) und Metalle (Aluminium, Stahllegierungen, Titan) sind gängigste Rohstoffe für funktionale Teile und Werkzeuge.

Kohlefaser-Verbundwerkstoffe werden zunehmend für noch leichtere, hochfeste Komponenten eingesetzt.

Integration von 3D-Druck in den Automobilproduktionsprozess

Produktentwicklung und Validierung

Schnelles, kostengünstiges Prototyping beschleunigt Designzyklen und erlaubt Ingenieuren, Passform, Form und Funktion zu testen, bevor teure Werkzeuge beauftragt werden.

Audis Pre-Series Center in Ingolstadt nutzt Polymer-3D-Druck für mehrfarbige Rücklichtabdeckungen in einem Druck – halbiert Prototyping-Leadtimes und ermöglicht schnelleren Markteintritt.

Werkzeugbau

VWs Europa-Werk fertigt nun großen Teil seines Werkzeugbaus intern per 3D-Druck, senkt Werkzeugkosten um 90 % und Leadtimes von Wochen auf Tage.

Beispiel: Ein Heckklappen-Emblem, das früher 35 Tage und 400 € kostete, wird nun in 4 Tagen für 10 € produziert.

2017 meldete VW Einsparungen von fast 325.000 €, plus verbesserte Ergonomie und Bedienerzufriedenheit.

Ersatzteile

On-Demand-Fertigung von Ersatzteilen reduziert Lagerkosten und verbessert Lieferzeiten.

Daimler Buses prüft 3D-Druck für über 300.000 Teile, 200 bereits als druckbar identifiziert. Abdeckungen, Griffe, Halterungen lassen sich in Tagen statt Monaten drucken.

Ungenutztes Material kann sofort recycelt werden, was Materialeffizienz steigert.

Endteilfertigung

Fortschritte in AM ermöglichen nun Produktion kleiner bis mittelgroßer Endverbrauchsteile; 40 % der Automobil-OEMs sehen Potenzial für Produktionseinsatz.

Ford begann beispielsweise, strukturelle Komponenten zu drucken – HVAC-Hebelarm-Serviceparts und Mustang GT500 EPB-Halterungen – mit Carbons Digital Light Synthesis Technologie.

3D-Druck im Motorsport

Rennteams nutzen AM für Rapid Prototyping und Windkanaltests. Alfa Romeo Sauber F1 nutzt Selektives Laserschmelzen für leichten Scalmalloy-Überrollbügel, verkürzt Produktionszeit um 25 %.

Herausforderungen des 3D-Drucks in der Automobilindustrie

Massenproduktion

Automobilvolumen – über 92 Mio. Fahrzeuge 2019 – übersteigt aktuelle AM-Kapazitäten bei weitem. 3D-Druck eignet sich bestens für Low-Volume, Customized-Produktion als Ergänzung traditioneller Methoden.

High-Volume-Lösungen wie Metal Binder Jetting (HP, Desktop Metal, ExOne, GE Additive) entstehen, Branchenadoption in 5–10 Jahren erwartet.

Bauraumgrößen

Viele AM-Systeme haben limitierte Bauvolumen, erfordern modulare Konstruktion und Nachmontage. Großskalentechnologien wie WAAM und BAAM in aktiver Entwicklung.

AM-Fachkräftelücke

Design for AM, Maschinenbetrieb, Materialhandling, Nachbearbeitung verlangen spezialisierte Ausbildung. Kooperationen mit Universitäten und Inhouse-Programme schließen diese Lücke.

3D-Druck in der Automobilbranche: Der Weg voraus

Laut SmarTech Analysis erreicht AM für Automobilproduktion 2030 einen 10-Mrd.-$-Markt.

Mehr 3D-gedruckte funktionale Komponenten – Halterungen, Gehäuse, sogar Motorenteile – werden branchenweit erwartet.

Projekte wie Local Motors 3D-gedruckter autonomer Shuttle Ollie demonstrieren Potenzial für vollständig gedruckte Fahrzeuge und deuten auf Zukunft hin, wo 3D-Druck ganze Autos bauen könnte.