Der Weg zum 3D-gedruckten Auto: 12 Gründe, warum der 3D-Druck die Automobilindustrie revolutioniert

In jedem dritten Neufahrzeug, das heute vom Band läuft, ist mindestens ein Bauteil von Brose verbaut – einem der fünf größten familiengeführten Automobilzulieferer der Welt. Mit jedem Jahr werden immer mehr dieser Komponenten mit 3D-Druck hergestellt.

Für die Sitzbaugruppe des BMW X7 musste Brose kreativ werden, um die Auswirkungen von Lieferkettenproblemen auf den Produktionszeitplan zu umgehen. Für einen Clip, der in der Basis des Sitzrahmens verwendet wird, entschied sich Matthias Schulz, Manager für Sitzprototypen bei Brose, das hohe Produktionsvolumen und die langlebigen Materialien der SLS-Technologie zu nutzen.

Das Team von Brose druckte 250 000 Sitzklammern in nur wenigen Wochen aus Nylon 12 GF Powder auf seinen beiden SLS-Druckern Fuse 1+ 30W. In Zusammenarbeit mit dem Erstausrüster BMW zertifizierte das Brose-Team die 3D-gedruckten Clips für die langfristige Endverwendung in Sitzbaugruppen. Der SLS-3D-Druck ermöglichte es, den Gesamtproduktionsplan einzuhalten. Ohne diese Zwischenlösung hätte sich die Markteinführung des X7-Modells um Monate verzögern können, da ein neuer Spritzguss-Master konstruiert, bearbeitet, in Produktion genommen und dann aus dem Ausland verschickt hätte werden musste.

In Deutschland ist nach Schätzungen von Carsten Busam, Leiter der Projektplanung bei MOSOLF Special Vehicles GmbH, in mehr als einem Drittel der Polizeifahrzeuge ein additiv gefertigtes Teil verbaut. MOSOLF stellt jedes Jahr 1000 „Sonderfahrzeuge“ wie Polizeiautos und Einsatzfahrzeuge her. Mit der Integration mehrerer Fuse 1+ 30W SLS-3D-Drucker in ihren Arbeitsablauf kann das Team nun gebrauchsfertige Autoteile und Zubehörteile 3D-drucken, die die Leistung dieser Fahrzeuge verbessern. 

Ersthelfer müssen sich auf ihre Transportmittel und die Qualität ihrer Werkzeuge verlassen können. MOSOLF druckt Kfz-Halterungen, Halter, Vorrichtungen und mehr aus Nylon 12 Powder. Die Langlebigkeit des robusten SLS-Pulvers ermöglicht die Herstellung von Endverbrauchsteilen, die der Abnutzung durch den Einsatz von Notfallhelfern standhalten. Neben der Haltbarkeit des Materials hat der SLS-3D-Druck für Busam und sein Team auch in puncto Geschwindigkeit einen Unterschied gemacht.

IBL Hydronic ist ein deutscher Hersteller von Maschinenlösungen für elektronische, hydraulische und Softwarebaugruppen in Industriefahrzeugen. Das Unternehmen nutzt SLS-3D-Druck, um Endverbrauchsteile in Kleinserien schnell, effizient und kostengünstig zu entwerfen und herzustellen.

Für einen Landmaschinenhersteller entwickelte IBL Hydronic kürzlich ein Bedienfeld, das auf eine bestimmte Maschine zugeschnitten sein musste. Nach nur einem Monat Prototyping, Montage und Tests stellte IBL dem Kunden die Komplettlösung vor.

Die Gehäuse der Fahrzeugkomponenten wurden mit dem SLS-Drucker Fuse 1 gedruckt, dann zusammengebaut und mit einem Lederpolster versehen. Um nicht nur ein funktionales sondern auch optisch ansprechendes Modul zu bauen, hat man im Designprozess der 3D-Druckdaten eine Texturierung der Oberfläche vorgenommen. Anschließend wurden die SLS-3D-gedruckten Bauteile mittels eines Färbebads nachgefärbt und geglättet. Das Ergebnis: eine lederartige Oberflächenstruktur der SLS-Endbauteile, die diese optisch aufwertet und das ganze Design abrundet.

Für die Rennmeisterschaft „12 Pollici Italian Cup“ fuhr der Sieger Elia Marescutti mit einem 3D-gedruckten Ansaugkrümmer – gedruckt auf Formlabs SLA-3D-Druckern mit Rigid 10K Resin.

Der 3D-gedruckte Ansaugkrümmer hielt nicht nur den Belastungen eines Hochleistungsrennens stand, sondern schnitt sogar besser ab als der herkömmlich gefräste Aluminiumkrümmer. Mit einer Wärmebildkamera wurde festgestellt, dass der aus Rigid 10K Resin gefertigte Krümmer eine um 40–50 °C niedrigere Temperatur aufwies als das herkömmliche Aluminiumbauteil, und viel schneller abkühlte, was die Handhabung der Baugruppe nach dem Rennen erleichterte.

Wie für viele erfolgreiche Unternehmen hat auch für BTI Gauges alles mit einer Marktlücke begonnen. Gründer und Inhaber Brandon Talkmitt war auf der Suche nach einer Lösung, die Telemetrieanzeige seines Hochleistungsfahrzeugs zu individualisieren.

Vergeblich suchte er nach einer Anzeige, die mehrere Leistungswerte kombiniert, damit seine Windschutzscheibe nicht von Bildschirmen und Ablenkungen übersät war. Zunächst entwarf er Prototypen des Anzeigegehäuses auf einem Schmelzschichtungsdrucker (FDM) und testete sie persönlich. Er setzte sie im Fahrzeuginneren oder im Ofen hohen Temperaturen aus. Und er passte das Design an, damit es in mehrere Fahrzeugmodelle passte. Nach der Evaluierung verschiedener Methoden für die Fertigung von Endverbrauchsteilen entschied sich Talkmitt dank seiner Langlebigkeit und Temperaturbeständigkeit für den SLS-3D-Druck. 

Da er in der Lage war, ein individuelles Design in nur wenigen Tagen zu liefern, war das Interesse an seinem Produkt sofort groß – insbesondere bei Kunden mit japanischen Rennwagen im Stil der 1990er Jahre, Lamborghinis, Dodge Vipers und anderen Hochleistungsfahrzeugen. Talkmitt hat gelernt, seine Konstruktionskammern so effizient zu bestücken, dass er einen nahezu abfallfreien Arbeitsablauf erzielt und seine Gesamtkosten senkt. 

Nur dank betriebsinterner Fertigung mit einem hochqualitativen SLS-Drucker wie dem Fuse 1 kontrollierte und sicherte das Unternehmen seine Produktionsleistung, was es über alle hinweg katapultierte, die auf traditionelle Fertigung und externe Zulieferer angewiesen waren. „Ich kann es nur empfehlen. Der Fuse 1 hat für uns komplett neue Maßstäbe gesetzt“, zieht Talkmitt Bilanz.

Bei Brose North America, wo ein Team für additive Fertigung eine Flotte von SLA- und SLS-Druckern betreibt, müssen die Schweißroboter ständig zwischen verschiedenen Produktlinien wechseln. In einem Produktionswerk sind Schweißmaschinen auf eine einzige Produktlinie programmiert. Im Hauptsitz gibt es jedoch zwei robotische Maschinen, die für das Schweißen von Sitzprototypen aller Produktlinien zuständig sind.

Jedes Mal, wenn der Roboter auf eine neue Produktlinie umgestellt werden muss, muss die Schweißabteilung seine Parameter neu programmieren. Die Programmierung eines Schweißroboters mit Schienenprototypen aus Metall ist teuer, und oft stehen die Teile noch nicht zur Verfügung, wenn die Schweißstation für die Programmierung der Geräte bereit ist. Der 3D-Druck bietet hier eine schnelle und kostengünstige Lösung, denn die Teile zur Einrichtung der Fertigungszelle erfordern Schnelligkeit und Maßgenauigkeit.

Dorman Products blickt auf eine hundertjährige Geschichte als Hersteller von Kfz-Bauteilen für den Aftermarket zurück und hat mithilfe von 3D-Druck seine Produktionsdauer verkürzt und die Qualität gesteigert. Das Unternehmen stützt sich dabei auf acht 3D-Drucker an zwei Standorten, um mit der ständigen Flut neuer Ausführungen und Modelle von den Erstausrüstern (OEMs) Schritt zu halten.

Da jedes Produkt eine andere Funktion erfüllt, sind auch alle Testprotokolle und Validierungsprozesse verschieden. Wenn etwa eine Durchflussprüfung für die Valdierungsprozesse gleich zweier verschiedener Teile erforderlich ist, werden aufgrund der verschiedenen Teilgeometrien dennoch unterschiedliche Halterungen benötigt. Hier kommt der 3D-Druck ins Spiel: Dorman kann für jedes Teil maßgeschneiderte Testvorrichtungen entwerfen und sie noch am selben Tag drucken. Vorrichtungen und Anzeigen konnten fünf bis zehn Wochen auf sich warten lassen, wenn sie aus einer Werkstatt kamen.

Gemeinsam mit dem Team von New Boston entwickelte das Team für additive Technologien eine magnetische Verbindungsleitung. Sie lässt sich leicht an der Leine und dem Sitzrahmen befestigen, springt aber ohne Schaden ab, wenn der Techniker den Sitzrahmen wegzieht, ohne die Schnur manuell zu entfernen. 3D-gedruckte Fertigungshilfsmittel für die Automobilindustrie verringern den Verschleiß der Maschinen und können die Zahl der Bedienfehler reduzieren, wodurch Geld für Ersatzteile gespart und Ausfallzeiten für das Unternehmen verringert werden.

Pankl Racing Systems hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von Motor- und Antriebskomponenten für Rennwagen, Hochleistungsfahrzeuge und Luft- und Raumfahrtanwendungen spezialisiert, darunter Formel-1-Autos und Marine One (das Flugzeug des United States Marine Corps, das den US-Präsidenten befördert).

Pankl muss nicht nur die Bauteile für die Endverwendung selbst entwerfen, sondern auch eine Reihe von kundenspezifischen Vorrichtungen, Halterungen und Werkzeugkomponenten entwickeln, um diese Bauteile herzustellen. Diese Teile werden in kleinen Stückzahlen hergestellt und sind hochspezifisch, weshalb sich der 3D-Druck als kostengünstigste und effizienteste Methode zu ihrer Herstellung erwiesen hat. Die Einführung von SLA-3D-Druckern und -Materialien hat die Gesamtkosten für die Entwicklung bei Pankl erheblich gesenkt.

Für die Montage eines Fahrzeugsgetriebes musste Pankl Stahlteile maschinell bearbeiten, gefolgt von mehreren zusätzlichen Heiz- und Kühlprozessen – für jeden einzelnen war eine kundenspezifische Vorrichtung erforderlich. Die Auslagerung dieser Vorrichtungen an eine Werkstatt hätte sechs Wochen länger gedauert. Stattdessen druckte Pankl sie auf Form SLA-Druckern mit einer frühen Version von Tough 1500 Resin.

Die Ford Motor Company ist der sechstgrößte Automobilhersteller der Welt, produziert über 4 Millionen Fahrzeuge pro Jahr und beschäftigt weltweit über 175 000 Mitarbeitende. Das Herzstück des europäischen Geschäfts ist das 1930 gegründete Ford-Werk in Köln, das vor allem für die Montage des Ford Fiesta bekannt ist.

Im Wettlauf um die Entwicklung eines neuen Elektromodells ist Iterationsgeschwindigkeit alles. Die Designteams von Ford konnten sich jeden Tag neue Ideen für Autoteile ausdenken und diese im 3D-Drucker herstellen, um sie dann im Auto auf Passgenauigkeit und Haptik zu testen.

Vital Auto – ein Kunde von Formlabs' am schnellsten wachsendem britischen Reseller SolidPrint 3D – erstellt hochwertige Prototypen und Konzeptfahrzeuge und durchläuft mit einer Vielzahl fortschrittlicher Werkzeuge, darunter eine große Flotte von Form 3L und Fuse 1 Druckern, schnell mehrere Iterationen.

Einer der ersten Aufträge des Unternehmens kam für den Konzept-Supersportwagen NIO EP9. Dabei musste das Team sofort extrem realistische Fahrzeugteilprototypen mit hoher Originaltreue anfertigen. Ihre Kunden, darunter Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA und viele mehr, wenden sich mit Ideen für nie zuvor gesehene Fahrzeugkonzepte an Vital Auto.

Um etwas völlig Neues zu entwerfen, zu testen und zu bauen, greift Vital Auto auf 3D-Drucker zurück, die Teile aus einer Vielzahl von Materialien und mit höchstmöglicher Qualität herstellen können. Die 14 3D-Drucker des Unternehmens, darunter mehrere Form 4L, Form 4 und Fuse 1+ 30W, laufen rund um die Uhr, um mit dem Umfang der laufenden Iterationen Schritt halten zu können. Von Lüftungsschlitzen über Türdichtungen und Bremssättel bis hin zu Türgriffen sind die 3D-Drucker ein integraler Bestandteil des Workflows.

Forge Motorsport, ein britischer Hersteller von Fahrzeugteilen für den Nachrüstmarkt, nutzt die 3D-Drucker von Formlabs, um Prototypen und funktionale Tests für Endverbrauchsteile von OEM-Modellen wie dem Toyota Yaris GR zu erstellen. 

Als das Modell veröffentlicht wurde, erkannte Forge die Möglichkeit, die Leistung des Fahrzeugs zu verbessern, indem sie die Größe des Luftansaugschlauchs vergrößerten und die Öffnung des Luftfilterkastens verlegten. Diese Änderungen würden Schwankungen der Ansauglufttemperatur verringern und es dem Fahrer erleichtern, die Motorleistung vorherzusehen, sowie die Gesamttemperatur senken. Nach dem Reverse Engineering des Teils und der umgebenden Baugruppe von Toyota konnten sie den Luftstrom in Solidworks simulieren und dann ein neues Modell entwerfen. Sie druckten den Luftansauschlauch des Fahrzeugs in Draft Resin und prüften die Passform, bevor sie für die endgültige Version auf Tough 1500 Resin umstiegen.

Der Kunde verwendete das 3D-gedruckte Teil fünf Monate lang in seinem Yaris GR und sammelte dabei Daten über die Leistung unter verschiedenen Bedingungen. Wie erwartet, zeigte das umgestaltete Bauteil eine verbesserte Leistung: Während das Standardbauteil eine Temperaturschwankung von 42–45 °C aufwies, lag die gemessene Ansauglufttemperatur des 3D-gedruckten Bauteils zwischen 35 und 36 °C. Weitere Informationen zum Reverse Engineering und 3D-Druck von Autoteilen finden Sie in unserem Webinar mit Forge Motorsport.