Das gesamte Fahrzeugchassis von Divergent3D ist im 3D-Druckverfahren hergestellt. Es wurde vom 13. bis 16. November 2018 auf der Formnext 2018 in Frankfurt am Main am Stand von SLM Solutions der Öffentlichkeit vorgestellt.
Wer über Grundkenntnisse im Bereich der additiven Fertigung (AM) verfügt, kennt wahrscheinlich die 3D-gedruckten Düsen für die Leap-Triebwerksplattform von GE. Die Wirtschaftspresse berichtet seit 2012 darüber, da es sich tatsächlich um den ersten öffentlichkeitswirksamen Fall von AM in der realen Produktion handelte.
Die bisherige, aus 20 Teilen bestehende Treibstoffeinspritzdüse wurde durch einteilige Düsen ersetzt. Aufgrund der im Triebwerk herrschenden Temperaturen von bis zu 1315 Grad Celsius (2400 Grad Fahrenheit) musste die Düse zudem besonders robust konstruiert sein. Die Flugzulassung erhielt das Bauteil im Jahr 2016.
GE Aviation verzeichnet heute Berichten zufolge über 16.000 Bestellungen für seine Leap-Triebwerke. Aufgrund der starken Nachfrage produzierte das Unternehmen im Herbst 2018 seine 30.000ste 3D-gedruckte Treibstoffdüse. GE Aviation fertigt diese Teile in Auburn, Alabama, wo über 40 Metall-3D-Drucker für die Teileproduktion zum Einsatz kommen. Laut GE Aviation verfügt jedes Leap-Triebwerk über 19 3D-gedruckte Treibstoffdüsen.
GE-Verantwortliche mögen es leid sein, über Treibstoffeinspritzdüsen zu sprechen, doch genau das ebnete den Weg für den Erfolg des Unternehmens im Bereich der additiven Fertigung. Tatsächlich beginnen alle Besprechungen zur Entwicklung neuer Triebwerke mit einer Diskussion darüber, wie additive Fertigung in die Produktentwicklung integriert werden kann. Beispielsweise verfügt das neue GE 9X-Triebwerk, das sich derzeit im Zertifizierungsprozess befindet, über 28 Treibstoffeinspritzdüsen und einen 3D-gedruckten Verbrennungsmischer. Ein weiteres Beispiel: GE Aviation überarbeitet ein Turboprop-Triebwerk, dessen Konstruktion seit rund 50 Jahren nahezu unverändert ist. Es wird zwölf 3D-gedruckte Bauteile enthalten, die dazu beitragen, das Triebwerksgewicht um fünf Prozent zu reduzieren.
„Was wir in den letzten Jahren gemacht haben, ist zu lernen, wirklich große additiv gefertigte Teile herzustellen“, sagte Eric Gatlin, Leiter des Teams für additive Fertigung bei GE Aviation, Anfang November vor dem versammelten Publikum am Stand des Unternehmens auf der Formnext 2018 in Frankfurt am Main.
Gatlin bezeichnete die Einführung der additiven Fertigung als „Paradigmenwechsel“ für GE Aviation. Sein Unternehmen steht damit jedoch nicht allein da. Aussteller der Formnext stellten fest, dass in diesem Jahr mehr Hersteller (OEMs und Tier-1-Zulieferer) als je zuvor vertreten waren. (Die Messeleitung berichtete von 26.919 Besuchern, ein Plus von 25 Prozent gegenüber der Formnext 2017.) Während die Luft- und Raumfahrtindustrie die additive Fertigung maßgeblich vorangetrieben hat, wird die Technologie nun auch von Automobil- und Transportunternehmen mit deutlich mehr Ernsthaftigkeit betrachtet.
Auf einer Pressekonferenz der Formnext erläuterte Paul Heiden, Senior Vice President von Ultimaker, wie Ford die 3D-Drucker des Unternehmens in seinem Werk in Köln einsetzte, um Produktionswerkzeuge für den Ford Focus herzustellen. Er sagte, das Unternehmen habe im Vergleich zum Kauf desselben Werkzeugs von einem externen Lieferanten rund 1.000 Euro pro gedrucktem Werkzeug eingespart.
Wenn Fertigungsingenieure Werkzeuge benötigen, können sie die Konstruktion in eine 3D-CAD-Modellierungssoftware laden, sie optimieren, an einen Drucker senden und innerhalb weniger Stunden drucken lassen. Fortschritte in der Software, wie die Integration weiterer Materialarten, haben laut Heiden dazu beigetragen, die Konstruktionswerkzeuge benutzerfreundlicher zu gestalten, sodass auch „ungeschulte Anwender“ mit der Software arbeiten können.
Nachdem Ford den Nutzen von 3D-gedruckten Werkzeugen und Vorrichtungen demonstrieren konnte, erklärte Heiden, dass der nächste Schritt für das Unternehmen darin bestehe, das Problem der Ersatzteillagerung anzugehen. Anstatt Hunderte von Teilen zu lagern, sollen diese künftig auftragsbezogen mit 3D-Druckern hergestellt werden. Ford erwartet, anschließend die Auswirkungen dieser Technologie auf die Teileproduktion zu untersuchen.
Andere Automobilhersteller setzen 3D-Drucktechnologien bereits auf innovative Weise ein. Ultimaker nennt Beispiele für Werkzeuge, die Volkswagen in seinem Werk in Palmela, Portugal, verwendet:
Das Werkzeug wurde mit einem Ultimaker 3D-Drucker hergestellt und dient als Führung für die Bolzenplatzierung bei der Radmontage im Volkswagen-Montagewerk in Portugal.
Wenn es darum geht, die Automobilherstellung neu zu definieren, denken andere viel größer. Kevin Czinger von Divergent3D ist einer von ihnen.
Czinger möchte die Art und Weise, wie Autos gebaut werden, revolutionieren. Er plant einen neuen Ansatz, der auf fortschrittlicher Computermodellierung und additiver Fertigung basiert und Chassis ermöglicht, die leichter als herkömmliche Rahmen sind, weniger Teile enthalten, eine höhere Leistung bieten und kostengünstiger in der Herstellung sind. Divergent3D präsentierte sein 3D-gedrucktes Chassis am Stand der SLM Solutions Group AG auf der Formnext.
Das auf der SLM 500-Maschine gedruckte Chassis besteht aus selbstfixierenden Knoten, die nach dem Druckvorgang passgenau zusammenpassen. Laut Divergent3D könnten durch diesen Ansatz für Chassis-Design und -Montage 250 Millionen US-Dollar eingespart werden, da Werkzeugkosten entfallen und die Teileanzahl um 75 Prozent reduziert wird.
Das Unternehmen hofft, diese Art von Fertigungsanlage künftig an Automobilhersteller zu verkaufen. Divergent3D und SLM haben eine enge strategische Partnerschaft geschlossen, um dieses Ziel zu erreichen.
Senior Flexonics ist in der Öffentlichkeit nicht sehr bekannt, aber ein bedeutender Zulieferer von Komponenten für Unternehmen in der Automobil-, Diesel-, Medizin-, Öl- und Gas- sowie Energieerzeugungsindustrie. Unternehmensvertreter trafen sich letztes Jahr mit GKN Powder Metallurgy, um die Möglichkeiten des 3D-Drucks zu erörtern, und beide Seiten tauschten ihre Erfolgsgeschichten auf der Formnext 2018 aus.
Komponenten, die für die additive Fertigung optimiert wurden, sind Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler von Nutzfahrzeugen im On- ​​und Off-Highway-Bereich. Advanced Flexonics prüft, ob es effizientere Methoden zur Prototypenherstellung gibt, die realen Tests und gegebenenfalls der Serienproduktion standhalten. Dank jahrelanger Erfahrung in der Fertigung von Teilen für die Automobil- und Industriebranche verfügt GKN über ein tiefes Verständnis der funktionalen Porosität von Metallteilen.
Letzteres ist wichtig, da viele Ingenieure der Ansicht sind, dass Bauteile für bestimmte Anwendungen in Industriefahrzeugen eine Dichte von 99 % erfordern. In vielen dieser Anwendungen ist dies laut EOS-CEO Adrian Keppler nicht der Fall, was auch der Maschinentechnologieanbieter und Partner bestätigt.
Nach der Entwicklung und Erprobung von Bauteilen aus EOS Edelstahl 316L VPro stellte Senior Flexonics fest, dass additiv gefertigte Teile die Leistungsziele erfüllten und schneller als Gussteile hergestellt werden konnten. So lässt sich beispielsweise das Portal im 3D-Druckverfahren in 70 % der Zeit fertigen, die für den Guss benötigt würde. Auf der Pressekonferenz bestätigten alle Projektbeteiligten das große Potenzial für die zukünftige Serienproduktion.
„Man muss die Herstellung der Teile überdenken“, sagte Kepler. „Man muss die Fertigung anders betrachten. Das sind keine Guss- oder Schmiedeteile.“
Für viele in der AM-Branche ist es das Nonplusultra, die Technologie in der Massenproduktion weitverbreitet einzusetzen. In den Augen vieler würde dies die vollständige Akzeptanz bedeuten.
Mithilfe additiver Fertigungstechnologie werden diese Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler in Nutzfahrzeugen hergestellt. Der Hersteller dieser Prototypenteile, Senior Flexonics, untersucht weitere Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks innerhalb des Unternehmens.
Vor diesem Hintergrund arbeiten Material-, Software- und Maschinenentwickler intensiv an Produkten, die dies ermöglichen. Materialhersteller streben danach, Pulver und Kunststoffe zu entwickeln, die die Leistungsanforderungen reproduzierbar erfüllen. Softwareentwickler erweitern ihre Materialdatenbanken, um Simulationen realistischer zu gestalten. Maschinenhersteller konstruieren Fertigungszellen mit höherer Produktionsgeschwindigkeit und größerem Produktionsbereich, um mehr Teile gleichzeitig bearbeiten zu können. Es bleibt noch viel zu tun, doch die Zukunft der additiven Fertigung in der realen Produktion verspricht viel Begeisterung.
„Ich bin seit 20 Jahren in dieser Branche tätig, und in dieser Zeit habe ich immer wieder gehört: ‚Wir stehen kurz davor, diese Technologie in der Produktion einzusetzen.‘ Also haben wir gewartet und gewartet“, sagte Paul Bates, Leiter des Kompetenzzentrums für Additive Fertigung bei UL. „Aber ich denke, wir erreichen endlich den Punkt, an dem alles zusammenläuft und es Realität wird.“
Dan Davis ist Chefredakteur von The FABRICATOR, der auflagenstärksten Fachzeitschrift für Metallverarbeitung und -umformung, sowie deren Schwesterpublikationen STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal und The Welder. Er arbeitet seit April 2002 an diesen Publikationen.
Der Additive Report konzentriert sich auf den Einsatz additiver Fertigungstechnologien in der realen Produktion. Hersteller nutzen heute 3D-Druck zur Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen, und einige setzen AM sogar für die Serienfertigung ein. Ihre Anwendungsbeispiele werden hier vorgestellt.