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08.10.2021 | Additive Fertigung | Interview | Onlineartikel

"Die additive Fertigung zieht spürbar in die Automobilindustrie ein"

Autor:
Thomas Siebel
7 Min. Lesedauer

Die additive Fertigung erobert nach dem Prototypenbau auch die Produktionstechnik. Zudem könnte der Karosseriebau von verbesserten Werkstoffen profitieren, wie Martin Hillebrecht im Interview erläutert.

Springer Professional: Die additive Fertigung wird immer wieder als disruptive Technologie beschrieben. Trifft das für auch den Automobilbau zu?

Martin Hillebrecht: In der Automobilindustrie wird die additive Fertigung als normale evolutionäre Technologie angesehen. Wir kennen die Technologien bereits seit fast 25 Jahren aus dem Modell- und Prototypenbau. Der technische Fortschritt ermöglicht uns nun jedoch, im größeren Stil moderne updatefähige Betriebsmittel und optimal handhabbare Vorrichtungen für die zukünftige Serienproduktion einsetzen zu können. Ein Auto aus dem 3-D Drucker macht heute keinen Sinn – oder sagen wir: noch nicht. Sinn macht aber schon die Verwendung von Hilfsmitteln, Handhabungshilfen oder auch besonders im Werkzeugbau.

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Additive Fertigung an der Schwelle zur Serienproduktion

Die Möglichkeiten der additiven Fertigung gehen heute weit über den Modell- und Prototypenbau hinaus. Etliche Automobilunternehmen setzen bereits auf individualisierte Komponenten oder Ersatzteile aus dem 3-D-Drucker. Der steilste Aufstieg dürfte der Technologie aber in der Produktionstechnik für Serienfahrzeuge bevorstehen. 

Wie weit haben additive Technologien den Automobilbau schon durchdrungen, insbesondere in Hinblick auf die Serienfertigung?

Hochinnovative Werkzeugkomponenten, Prototypenbauteile und Musterbauteile, Entwicklungshardware, individualisierte Produkte in sehr kleinen Stückzahlen können heute bereits im Hinblick auf Zeit- und Kostenersparnis realisiert werden. In der Serienfertigung spielt 3D-Druck erst eine eher versteckte und indirekte Rolle. Grund sind die langen Taktzeiten einerseits und die hohen Stückzahlen andererseits, die eine wirtschaftliche Fertigung aktuell nicht ermöglichen. Dennoch zieht die additive Fertigung heimlich still und leise in unsere Prozesswelt ein und inspiriert das Denken und Handeln unserer Ingenieure, insbesondere wenn es um die Realisierung von Alleinstellungsmerkmalen geht.

Welches sind die wichtigsten Verfahren für die Automobilindustrie?

Pulverbettbasierte Verfahren für Metalle und Kunststoffe, also Selektives Laserschmelzen und Lasersintern, kommen im Prototypenbereich, der Ersatzteilfertigung und für Fertigungshilfsmittel zum Einsatz. Mit neuen Kunststoffverfahren wie dem Multi Jet Fusion (MJF) können hochaufgelöste und präzise 3D-Bauteile mit recht geringer Porosität und sehr hoher Oberflächengüte hergestellt werden. Auch gibt es neue Fused Filament Fabrication-, oder kurz FFF-Verfahren, bei denen unter anderem hochtemperaturbeständige oder wärmeleitfähige Kunststoffe wie Peek oder Ultem verarbeitet werden können.

In welchen Anwendungen kommen sie heute zum Einsatz?

In der Großserie werden die Verfahren vornehmlich nur indirekt, aber mit großer Wirkung und steigender Durchdringung verwendet, beispielsweise in Prüflehren, Vorrichtungen und Betriebsmitteln, Werkzeugen und Schutzausrüstungen. Als Prototypenteile werden Strukturbauteile im Sinne einer digitalen Produktentwicklung gefertigt. In der Interieurentwicklung werden die ein oder anderen Bauteile durch Kunstoff-3D-Druckverfahren erstellt, zum Beispiel Luftausströmer für die experimentelle Absicherung des Innenraums oder Komponenten für Steuergeräte. Hier lassen sich in Kombination mit Oberflächenveredelungsverfahren gute Ergebnisse erzielen.

Welche neuen Anwendungen könnten sich in den nächsten Jahren für die additive Fertigung erschließen?

Eine neue Perspektive besteht, wenn sich die Leistungsfähigkeit von Werkstoffen durch AM, also additive Manufacturing, noch steigern lassen würde. Als Beispiel möchte ich die AM-Alu-Legierung Custalloy erwähnen. Diese könnte ein hohes Einsatzpotenzial für die Kleinserienfertigung von High-Performance-Karosserien bieten, da mit dieser Legierung eine wesentlich höhere Festigkeit und Steifigkeit bei weniger Gewicht erzielbar ist. AM eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten für Bauteile, die mit konventionellen Verfahren nicht hergestellt werden könnten, zum Beispiel Hinterschnitte oder die Funktionsintegration. Dazu müssen die Entwickler aber umdenken und die neuen Freiheitsgrade in Ihre Arbeit integrieren. Zudem bietet der Kunstoff-3D-Druck in Kombination mit der Automatisierung von Designprozessen die Möglichkeit, neue individualisierte komplexe Produkte in werkzeugloser variantenintensiver Fertigung für das Interieur und Exterieur der Zukunft herstellbar zu machen. Die Automatisierung der additiven Fertigung, wie wir sie zusammen mit dem Siemens AM Experience Center für einen Wärmeverteiler für die ScaleBat-BEV-Batterie demonstriert haben, zeigt auf, dass sogar Spritzgussbauteile für große Stückzahlen grundsätzlich wirtschaftlich durch AM ersetzt werden könnten.

Was hindert die Automobilindustrie heute am breiteren Einsatz von additiven Verfahren?

Meiner Meinung nach zieht AM durchaus spürbar in die Branche ein. Die Automobilindustrie legt einen besonderen Wert auf gleichbleibende Qualität, Reproduzierbarkeit von Prozessen, Verfügbarkeit von Material, höchste Wirtschaftlichkeit und die Redundanz von Lieferanten und Ausfallsicherheit von Technologiepartnern. Aber trotz dieser Eintrittsbarrieren beschäftigen sich derzeit alle Automobilhersteller und die großen Zulieferer mit dem Thema.

Im Jahr 2018 haben Sie in einem Interview die sehr kleine Palette an verfügbaren AM-Werkstoffen als Hindernis für den breiteren Einsatz im Automobilbau ausgemacht. Hat sich seither etwas daran geändert?

Das ist grundsätzlich immer noch so. Jeder neue Werkstoff muss herstellerseitig durch einen aufwendigen und lang andauernden Freigabeprozess gehen, bevor er in einem in Neuentwicklung befindlichen Fahrzeug eingesetzt werden kann. Einige Hersteller haben hier stellenweise bereits spezielle Ausnahmen zugelassen, um das Potenzial von AM für sich selbst schneller nutzbar zu machen und komplexe und recht individuelle Produktkomponenten werkzeuglos herstellen zu können.

Könnten Automobilunternehmen den Mangel an Werkstoffen auch in einen Wettbewerbsvorteil ummünzen, etwa indem sie maßgeschneiderte Werkstoffe selbst entwickeln oder entwickeln lassen?

Diese Möglichkeit besteht, siehe soeben genanntes Beispiel Custalloy. Ein lukrativer Mehrwert und Verkaufsvorteil kann für den Hersteller durchaus entstehen und für High-End-Fahrzeuge umgesetzt werden. Von der höheren Wirtschaftlichkeit einer werkzeuglosen, variantenintensiven und reaktionsschnellen Fertigung einmal abgesehen.

Welche Fortschritte werden die additive Fertigung in den nächsten Jahren prägen?

Ich erwarte große Fortschritte in der "AM-Fabrik der Zukunft" zur Realisierung größerer Stückzahlen von High-End-Komponenten mit erheblichem funktionalen Mehrwert. Mithilfe der AM Technologie werden immer mehr Alleinstellungsmerkmale generiert, die in klassischen Produktionsprozessen nicht möglich sind. Ein Beispiel soll der seit Jahren bekannte 3D-gedruckte Mischer eines führenden Waschmaschinenherstellers sein. Quasi das Herzstück der Maschine für mehr Wirtschaftlichkeit, Kundennutzen und Qualität. Zudem gehört auch die Automatisierbarkeit der Prozesse, bspw. die Verkettung von Prozessen, insbesondere aber auch die effiziente Nachbearbeitung der AM-Bauteile.

Und der ist auch für die Automobilindustrie von Relevanz?

Ja, ich umschreibe dies deswegen so ausführlich, da es nun die Herausforderung der Automobilhersteller und Zulieferer sein wird, solche disruptiven Komponenten zu identifizieren und für den eigenen Nutzen zu entwickeln. Unser hocheffizienter und intelligenter Wärmeverteiler aus unserem Batterieprojekt ScaleBat wäre ein solches Produkt. Wie wir mit Siemens zusammen hergeleitet haben, ist die Produktion auch für große Stückzahlen darstellbar!

Welche Rolle spielt die additive Fertigung für eine nachhaltigere Produktion?

Das ist ein weiteres wichtiges Thema. Das dürfen wir meiner Meinung nach nicht vernachlässigen: Die schnelle Erreichung einer CO2-neutralen Fertigung in Automobilwerken und in Zulieferbetrieben wird nur durch eine sehr konsequente Leichtbau-Produktionstechnik gelingen können. Ich meine hiermit die Reduzierung der zu beschleunigenden Massen in der automatisierten Fertigung. Es muss gelingen, die Masse eines jeden Greifers, jeder Vorrichtung, jedes Werkzeugs, jeder Fügetechnik und jedes Roboters einer automatisierten Fertigungslinie so auszulegen, dass der Energiebedarf der Anlage auf ein absolutes Minimum herunter gebracht wird. Additive Fertigung bietet Gewichtseinsparpotenziale von über 40 %. Ein weiterer Aspekt ist auch die Wiederverwendbarkeit von Standard-Komponenten, Greifern und Vorrichtungen, was ebenfalls hohes Nachhaltigkeitspotential bietet. Die Individualisierung findet dann erst „kurz vor dem Bauteil“ statt. Diese 5 bis 50 mm werden dann beispielsweise über AM gefertigt. So könnte durch AM ein wichtiger Beitrag für die Energiewende für die Branche möglich werden.

Welche Schwerpunkte setzt Edag derzeit in der Erforschung und Entwicklung von additiven Technologien?

Für uns als führendes unabhängiges Entwicklungsunternehmen in der Automobilindustrie ist es wichtig, unsere Kunden im Fall des Falles mit jeder Art von Fragestellungen der Fahrzeugentwicklung, Hard- und Software sowie Produktionsplanung aktiv unterstützen zu können. Auch werden wir häufig als Ideengeber und als Koordinator komplexer interdisziplinärer Aufgabenstellungen eingebunden. Das betrifft neben dem Engineering, auch die Beschaffung und Implementierung von AM-Prototypenteilen, die Berücksichtigung von additiven Verfahren in Lehren und Vorrichtungen. Ein besonderes Augenmerk in der in Forschung und Entwicklung legen wir in die Erarbeitung algorithmenbasierter Automatisierung von Engineering-Prozessen. Zudem arbeiten wir mit viel Engagement an neuen Lösungswegen mit und durch AM an der "grünen Fabrik" der Zukunft. Effiziente Prozessgestaltung innerhalb der Fertigung und Logistik ist per se ein Thema und 100 % adaptierbar auf AM-Einsatz in der Serie.

Und ein ganz besonders Thema: Wenn von einem Kunden ein spezielles Ersatzteil für einen Oldtimer entwickelt und hergestellt werden soll, dann bringt sich unser Team mit viel Herzblut gerne unser AM Know-how ein. So schließt sich der Kreis: Modernste Innovation hält alte Technik am Leben und macht zudem Freude bei der Arbeit.

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