Anwendung des 3D-Drucks in der Automobilindustrie

Bemerkenswerte Entwicklungen in den additiven Fertigungstechnologien in den letzten Jahrzehnten haben die Möglichkeiten verändert, wie Produkte entworfen, entwickelt, hergestellt, hergestellt und vertrieben werden. Der Automobilsektor war beim Experimentieren mit dem 3D-Druck sehr fortschrittlich, und diese Fortschritte haben in mehrfacher Hinsicht neue Türen geöffnet. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und skizziert, wie der 3D-Druck das Automobilsegment umgestalten kann.

In welchen Bereichen ist 3D-Druck besonders gut

Die Umstellung von konventionellen Produktionsprozessen auf 3D-Drucktechnologien hat Unternehmen aus verschiedenen Branchen bei der Verbesserung der technischen und geschäftlichen Aspekte von Teilen und Produkten revolutioniert, aber es gibt zwei Hauptbereiche, in denen AM den größten Einfluss auf den Automobilsektor haben wird.

Produktinnovation

Die additive Fertigung kann Komponenten mit weniger Designeinschränkungen herstellen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer herzustellen sind. Diese Designflexibilität ebnet den Weg für Innovationen, indem sie es ermöglicht, verbesserte Funktionalitäten wie integrierte elektrische Verkabelung (durch Hohlstrukturen), geringeres Gewicht (durch Gitterstrukturen) und komplexe Geometrien hinzuzufügen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich sind. Darüber hinaus sind neue AM-Technologien zunehmend in der Lage, Druckteile aus mehreren Materialien mit individuellen Eigenschaften wie elektrischer Leitfähigkeit und variabler Festigkeit herzustellen. Diese AM-Prozesse spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung sicherer, leichterer, schnellerer und effizienterer Fahrzeuge der Zukunft. Light Cocoon von EDAG ist ein klassisches Beispiel dafür, wie AM potenziell neue Türen in Bezug auf Innovation öffnen kann.

Lieferkette

AM verkürzt die Gesamtvorlaufzeit, da keine neuen Werkzeuge mehr benötigt werden und Endteile direkt hergestellt werden. Da AM im Allgemeinen nur das Material verwendet, das für die Herstellung eines Bauteils erforderlich ist, kann seine Verwendung den Ausschuss drastisch reduzieren und den Materialverbrauch senken. Darüber hinaus können AM-gefertigte Leichtbauteile die Handhabungskosten senken, während die On-Demand- und Vor-Ort-Produktion die Lagerkosten senken und eine flexible Lieferkette bieten kann. Schließlich kann AM die dezentrale Produktion bei niedrigen bis mittleren Stückzahlen unterstützen, einschließlich Kostensenkungen und der verbesserten Fähigkeit, Produkte näher am Kunden herzustellen, wodurch die Komplexität der Lieferkette reduziert wird.

Produktphasen, in denen AM angewendet werden kann

Mit seinen einzigartigen Vorteilen ist AM in der Lage, einige wenige herkömmliche Prozesse in der Automobilproduktion zu ersetzen. Hier sind vier bedeutende Änderungen, die AM für die Automobilindustrie bringen kann.

Prototyping-Prozess

Prototyping ist normalerweise zeitaufwändig und wird teuer, wenn ein Produkt mehr Iterationen durchläuft. Rapid Prototyping (3D-Druck) ermöglicht es Unternehmen, aus groben Ideen eine überzeugende Konzeptvalidierung zu machen. Diese Konzepte können dann zu hochpräzisen Prototypen weitergeführt werden, die dem Endergebnis genau entsprechen und die Produkte schließlich durch eine Reihe von Iterationen und Validierungsphasen bis hin zur Massenproduktion führen. In der Automobilindustrie ist diese schnelle Validierung von größter Bedeutung. Mit dem 3D-Druck können sehr überzeugende und repräsentative Prototypen innerhalb weniger Tage zu viel geringeren Kosten erstellt werden und die Entfernung zwischen Idee und Endprodukt verkürzen, wodurch die gesamten Produktentwicklungsabläufe gestärkt werden.

Reparatur und Support (Ersatzteile)

Mit Hilfe von CAD können Entwürfe für buchstäblich alle Teile als digitale Kopie auf einer Computerfestplatte gespeichert werden, wodurch die Notwendigkeit einer Bestandsführung entfällt. Mit dem Einsatz von 3D-Druck könnte ein Ersatzteil potenziell nach Bedarf produziert werden. Die Zugänglichkeit der Technologie wird Lieferanten dazu ermutigen, neue Räume zu erschließen, um eine einfache Versorgung mit 3D-gedruckten Komponenten und Ersatzteilen zu ermöglichen. Sogar Teile, die nicht mehr vorhanden sind, können möglicherweise nach Bedarf neu angefertigt werden, indem sie auf der Grundlage digitaler Scans vorhandener Teile nachkonstruiert werden. Ältere Designs können zu neuem Leben erweckt werden und auf der anderen Seite können Ersatzteile von Oldtimern problemlos nachgebaut werden.

Anpassung ation

Das Customizing ist mit herkömmlichen Herstellungsverfahren sehr teuer und zeitintensiv. Der 3D-Druck ist ideal für die Herstellung kostengünstiger kundenspezifischer Teile und bietet Herstellern neue Möglichkeiten in Bezug auf das, was sie produzieren und ihren Kunden anbieten können. Für kleinere Custom-Car-Werkstätten bietet der 3D-Druck von Autoteilen Möglichkeiten, die Qualität und Kreativität ihrer Arbeit zu steigern, und bietet viel Spielraum für Experimente und perfekte Custom-Designs.

Serienfertigung (Zusammenbau verschiedener Teile)

Der 3D-Druck kann die Effizienz in der Phase der allgemeinen Teilefertigung verbessern. Sie haben vielleicht eine Baugruppe aus fünf oder sechs Autoteilen, die jetzt in einem einzigen gedruckten Teil kombiniert werden können. Sie sparen Montagezeit und -kosten, auch wenn das Einzelteil vielleicht teurer ist. Durch die Konsolidierung von Teilen können 3D-Druckverfahren auch dazu beitragen, das Gewicht zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Aus produktiver Sicht wird es sinnvoller sein, den 3D-Druck weiter in die allgemeine Teilefertigung einzubeziehen.

Welche Technologien und Materialien sind geeignet

Von Kunststoffverkleidungen bis hin zu metallischen Motorkomponenten hat sich AM bewährt und hat mehr zu bieten, was die technologischen Prozesse und die verwendbaren Materialien betrifft. Diese Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die gängigen Optionen.

Aktuelle industrielle Anwendungsbeispiele

Viele Automobil-OEMs haben bereits begonnen, mit AM zu arbeiten und dessen Leistungsfähigkeit und Effizienz zu erkennen, hier sind 2 solcher Beispiele

Die 3D-gedruckten Uptis-Reifen von Michelin

Der französische Reifenhersteller Michelin stellte 2019 seinen ersten Reifenprototyp vor, der durch additive Fertigungstechnologien unterstützt wird. Diese Reifen mit dem Namen Uptis (Unique Puncture-proof Tire System) wurden so konzipiert, dass sie luftlos sind, um das Risiko von Reifenpannen und anderem zu verringern Luftverlustausfälle, die durch Reifenpannen oder Straßengefahren entstehen. Das Design ist nur durch AM möglich. Bei Erfolg könnten wir davon ausgehen, dass Uptis bis 2024 einige Autos ausstatten wird. Schließlich können diese pannensicheren Reifen auch den Abfall reduzieren, um eine nachhaltige Mobilität zu fördern (eines der Ziele der Zukunftsvision der Mobilität des Unternehmens).

Porsche und die ersten 3D-gedruckten Motorkolben

Der Automobilgigant Porsche hat zum ersten Mal Motorkolben aus dem 3D-Drucker hergestellt. Die additiv gefertigten Bauteile wurden für den Hochleistungsmotor des Porsche 911 GT2 ausgelegt. Der 3D-Druck ermöglichte die Optimierung der Kolben und machte dieses kritische Motorelement 10 % leichter als die herkömmlich hergestellten. Porsche hat für die Kolben eine spezielle Aluminiumlegierung verwendet, um die besten Eigenschaften für diesen speziellen Einsatz zu erzielen.

Schlussfolgerung

In Anbetracht der Bandbreite an Möglichkeiten, die durch AM freigesetzt werden, sollten Führungskräfte von Automobilunternehmen erwägen, die Vorteile von AM-Technologien zu nutzen, um der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein. Während traditionelle Fertigungstechniken tief verwurzelt sind und weiterhin eine starke Position in der Automobilindustrie einnehmen werden, ist die additive Fertigung auf dem Vormarsch.

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