5 Haupttrends, die heute den Automobilherstellungssektor prägen

Von Shant Alexanian, Key Account Manager, Fast Radius

Eine der größten Herausforderungen für die Automobilindustrie ist das ständige Streben nach Technologien, die es Ingenieuren ermöglichen, Teile herzustellen, die leichter, robuster und kostengünstiger sind. Dies hat viele Hersteller dazu veranlasst, nach innovativen neuen Materialien und Methoden zu suchen, die es ihnen ermöglichen, den sich ändernden Anforderungen der Verbraucher und der Industrie effektiver gerecht zu werden.

Nehmen Sie zum Beispiel die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen. Derzeit übersteigt die Marktnachfrage die Fähigkeit der Automobilindustrie, Elektrofahrzeuge zu einem erschwinglichen Preis für Verbraucher anzubieten, teilweise weil Batteriehersteller allmählich an die Grenzen dessen stoßen, was mit aktuellen Technologien möglich ist.

Neue Designs in der Antriebsstrangtechnologie – das System, das Batterieenergie in Wechselstrom für den Motor umwandelt – umfassen jedoch Halbleitertechnologien aus Siliziumkarbid (SiC), die die Effizienz von Batterien erhöhen und sie gleichzeitig kostengünstiger in der Herstellung machen. Die Entwicklungen in der Antriebsstrangtechnologie sind nur ein Beispiel dafür, dass eine größere Bewegung im gesamten Automobilherstellungssektor stattfindet – eine Bewegung, die durch einen verstärkten Fokus auf Kosten- und Kraftstoffeffizienz, Nachhaltigkeit und Personalisierung definiert ist. Hier sind einige der Top-Trends der Automobilindustrie im Jahr 2020.

1. Leichte, kraftstoffsparende Materialien

Viele Automobilkomponenten werden traditionell aus Eisen- und Stahllegierungen hergestellt, die beide starke, aber schwere Materialien sind. Entwicklungen in Fertigungstechnologien haben es Automobilunternehmen jedoch ermöglicht, diese Metallkomponenten durch eine neue Reihe von Materialien zu ersetzen – darunter Aluminium, Magnesium, Hochleistungskunststoffe, Kohlefaser und andere Verbundwerkstoffe und mehr – die erheblich leichter sind und eine vergleichbare Festigkeit und Festigkeit bieten Steifheit. Dadurch können Hersteller die Anforderungen der Verbraucher und die zunehmend strengeren Kraftstoffverbrauchsnormen des Bundes erfüllen.

Laut dem US-Energieministerium (DOE) kann die Integration innovativer, leichter Materialien in das Automobildesign das Gewicht des Fahrgestells um bis zu 50 % reduzieren, und jede Gewichtsreduzierung um 10 % kann die Kraftstoffeffizienz um bis zu 8 % steigern – deren Vorteile die Hersteller bewiesen haben. Als Ford im Jahr 2015 den Vollaluminium-Pick-up F-150 vorstellte, erwies sich das Fahrzeug als erheblich leichter als die Stahlgegenstücke auf dem Markt, was dem Lkw den besten Kraftstoffverbrauch seiner Klasse verlieh.

Leichtbaumaterialien werden besonders wichtig, da sich der Automobilsektor in Richtung einer zunehmenden Elektrifizierung verlagert, da sie es Autos ermöglichen, fortschrittlichere Sicherheits-, Elektronik- und Emissionssysteme zu tragen, ohne die Fahrzeugmasse zu erhöhen. Laut DOE könnten die Verbraucher bis 2030 5 Milliarden Gallonen Kraftstoff oder mehr pro Jahr einsparen, wenn auch nur 25 % der leichten Nutzfahrzeuge mit leichten Komponenten und hocheffizienten Motoren hergestellt werden. Die Erhöhung der Kraftstoffeffizienz erhöht auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen.

Kohlefaser ist ein Material, dessen Festigkeit und Steifigkeit für Hersteller attraktiv sind. Dies liegt daran, dass es Ingenieuren ermöglicht, Teile mit deutlich geringerem Gewicht, aber gleichwertigen Leistungsmerkmalen wie Komponenten aus Leichtmetallen und anderen Verbundwerkstoffen herzustellen.

Da die Herstellung von Kohlefaser jedoch äußerst präzise Fertigungsmethoden erfordert, ist es ein arbeitsintensives und teures Material. Während ein Großteil der aktuellen Nachfrage nach Kohlenstofffasern aus der Luft- und Raumfahrt und dem Energiesektor stammt, wird wahrscheinlich mehr Kohlenstofffaser in Automobildesigns integriert, insbesondere da die Herstellungsprozesse fortschrittlicher und kostengünstiger werden.

2. Automatisierung und selbstfahrende Autos

Automatisierung ist ein weiterer wichtiger Trend in der Automobilfertigung. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit und Effizienz von künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Internet of Things (IoT)-Technologie verbessern Automobilunternehmen sowohl die Sicherheit als auch die Effizienz ihrer Fahrzeuge.

Insbesondere IoT-Technologien stehen kurz davor, die Automobilbranche zu verändern. Fahrerlose Autos schienen einst unmöglich zu sein, aber Hersteller entwickeln heute intelligente Autos, die ihre Fahralgorithmen auf der Grundlage von Echtzeitdaten aktualisieren, die von anderen autonomen Autos erfasst wurden.

Diese Daten werden in ein Cloud-System hochgeladen, analysiert und neu verteilt, um die automatisierten Funktionen der gesamten Fahrzeugflotte zu verbessern. Dies ermöglicht es Autos auch, komplexe Systeme von Hochleistungskameras, Lasern und Fernsensoren zu verwenden, um einen adaptiven Tempomat bereitzustellen oder das Verlassen der Fahrspur zu erkennen, wodurch die Sicherheit der Fahrgäste verbessert wird.

Darüber hinaus hat die COVID-19-Pandemie auch einige der potenziellen Vorteile von selbstfahrenden Fahrzeugen hervorgehoben – insbesondere ihre Fähigkeit, Lebensmittel, Medikamente und andere Artikel zu liefern, ohne dass eine persönliche Interaktion erforderlich ist, die ein Risiko darstellen könnte.

3. Elektrofahrzeuge

Während Elektrofahrzeuge bisher durch ihre Reichweite und teure Produktionskosten begrenzt waren, sind moderne Lithium-Ionen-Kathodenbatterien in den letzten Jahren leistungsfähiger und kostengünstiger in der Herstellung geworden. Tatsächlich könnten Elektrofahrzeuge bereits ab 2022 kostengünstiger in der Herstellung sein als ihre gasbetriebenen Gegenstücke. Die Batteriepreise sind zwischen 2010 und 2019 um 80 % gesunken und werden voraussichtlich im nächsten Jahr um weitere 45 % fallen.

Tesla ist einer der führenden Namen in der Herstellung von Elektrofahrzeugen, teilweise aufgrund des anhaltenden Engagements des Unternehmens, die Grenzen dessen zu erweitern, was Batterietechnologien leisten können. Der Wunsch nach langlebigen Batterien mit größerer Reichweite hat das Unternehmen dazu veranlasst, von Lithium-Ionen-Batterien auf solche mit Lithium-Eisen-Phosphat umzustellen. Die Umstellung der Chemie macht die Batterien billiger in der Herstellung, verlängert die Reichweiten zwischen den Ladevorgängen auf mehr als 400 Meilen und kann den Batterielebenszyklus auf 1 Million Meilen verlängern. Darüber hinaus sind Eisenphosphatbatterien sicherer und können als Energiespeicher in sekundäre oder tertiäre Lebenszyklen zurückgezogen werden.

Ein weiterer wichtiger Akteur an der Schnittstelle zwischen dem autonomen und dem Elektrofahrzeugsektor ist Waymo, eine Tochtergesellschaft der Muttergesellschaft von Google, die kürzlich eine Partnerschaft mit Volvo eingegangen ist, um eine Flotte von Ridesharing-Autos zu produzieren, die sowohl fahrerlos als auch elektrisch sind. Diese Autos werden eine Autonomie der Stufe 4 haben, was bedeutet, dass sie sich in den meisten Situationen ohne Benutzereingabe selbst steuern können (gemäß dem standardisierten Bewertungssystem der Society of Automotive Engineers zeigt Stufe 0 keine Autonomie und Stufe 5 volle Autonomie an). Diese Faktoren tragen alle dazu bei, die Automobilindustrie nachhaltiger zu gestalten, indem Energiequellen von fossilen Brennstoffen auf immer effizientere elektrische Batterien umgestellt werden.

4. Mit additiver Fertigung das Unmachbare mit 3D-Druck machen

Während additive Fertigungsmethoden vielen Automobilunternehmen helfen, leistungsstärkere Autos effizienter zu produzieren, ist das volle Potenzial der Technologie noch weitgehend ungenutzt. Der 3D-Druck wird häufig für das Rapid Prototyping verwendet, aber Entwicklungen in additiven Technologien ermöglichen es Herstellern jetzt, Produktionswerkzeuge und Endverbraucherteile in 3D zu drucken.

Die additive Technologie kann auch dazu beitragen, das Design und die Produktion zu rationalisieren. So können beispielsweise viele Bauteile (wie etwa Luftansaugkanäle), die bisher separat gegossen und anschließend miteinander verschweißt werden mussten, nun in einem einstufigen Prozess additiv hergestellt werden. Additive Technologien können auch verwendet werden, um einzigartige Geometrien zu schaffen, die deutlich mehr Platz in Armaturenbrettern und Verkleidungen sparen als Komponenten, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt werden.

Ford war einer der ersten Automobilhersteller, der sich die transformative Kraft der additiven Technologie zunutze machte. Bei der Entwicklung des Shelby GT500 2020 verwendete das Unternehmen additive Fertigungsverfahren, um mehr als 10 verschiedene Designs für eine bestimmte Teilkomponente gleichzeitig zu testen. Dies ermöglichte es Ford, den „bis dato aerodynamisch fortschrittlichsten Mustang“ zu entwickeln.

Die Flexibilität der additiven On-Demand-Fertigung trägt auch dazu bei, potenzielle Herausforderungen in der Lieferkette der Automobilindustrie zu mindern – Porsche beispielsweise produziert jetzt seltene oder in Kleinserien gefertigte Komponenten für seine älteren Automodelle mithilfe des 3D-Drucks. Die Vielseitigkeit der Technologie bedeutet, dass höchstwahrscheinlich immer mehr Automobilkomponenten mit innovativen Methoden hergestellt werden als je zuvor.

5. Massenanpassung

Ein weiterer aufkommender Trend in der Automobilindustrie ist die Massenanpassung, die einen größeren globalen Trend zur Personalisierung widerspiegelt. Heute geben sogar zwei von drei Personen an, dass dies ein wichtiger Faktor bei der Auswahl eines neuen Fahrzeugs ist.

Additive Technologien ermöglichen es Herstellern von Spezialfahrzeugen nicht nur, einzigartige Autos mit extrem geringen Stückzahlen effektiver zu produzieren, sondern sie ermöglichen es auch Herstellern von Nicht-Luxusprodukten, kostengünstige Anpassungsoptionen für ihre Fahrzeuge anzubieten.

Mini und Ferrari sind zwei Unternehmen, die es Käufern jetzt ermöglichen, alles anzupassen, von der Farbe der Außenverkleidung des Autos bis hin zu granularen Details wie LED-Zierbeleuchtung und individualisierten Armaturenbrettern. Hersteller können die Vorteile der On-Demand-Fertigung nutzen, um die Herausforderungen der Personalisierung effizient und wirtschaftlich zu bewältigen. Anstatt Teile in Massenproduktion zu produzieren, wie es herkömmliche Fertigungsmodelle unterstützen, passt die On-Demand-Fertigung die Produktion durch operative Agilität genau an die Nachfrage an.

Herstellung einer autonomeren und nachhaltigeren Zukunft

Letztendlich spiegeln diese Trends ein weit verbreitetes Verbraucherinteresse an Produkten wider, die qualitativ hochwertig, effizient, nachhaltig und auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind. Die Automobilhersteller, die in den kommenden Jahren am besten aufgestellt sind, sind diejenigen, die in der Lage sind, neue technologische Innovationen zu nutzen, um die Anforderungen ihrer Kunden effizienter und effektiver zu erfüllen. Intelligente Technologien, Automatisierung, Elektrifizierung und Individualisierung sind allesamt Trends, die die Entwicklung der Automobilindustrie weiterhin prägen werden.

Die digitale On-Demand-Fertigungsplattform von Fast Radius ermöglicht es uns, jedem unserer Kunden in jeder Phase der Produktion End-to-End-Support zu bieten. Unsere Konstruktionsteams stellen sicher, dass die Teilekonstruktionen für die Herstellbarkeit optimiert sind, und unsere Ingenieure helfen bei der Bestimmung der effizientesten Methoden und Prozesse zur Herstellung hochwertiger Komponenten. Kontaktieren Sie uns noch heute, um mehr zu erfahren oder mit einer Bestellung zu beginnen.