Mithilfe der Werkzeuge der 3D-Software Spark analysierte das Team verschiedene Faktoren, die die Produktionskosten beeinflussen. Einige dieser Faktoren sind bauteilspezifisch, andere prozessspezifisch. Beispielsweise sollten Bauteile so ausgerichtet werden, dass Stützstrukturen minimiert und die bearbeitbare Oberfläche maximiert wird.
Durch die Simulation von Kräften an einem Gelenk können diese Werkzeuge Material entfernen, das nur geringe Auswirkungen hat. Dies führt zu einer Gewichtsreduzierung von 35 %. Weniger Material bedeutet zudem kürzere Druckzeiten und damit eine weitere Kostensenkung.
Ehrlich gesagt, dürfte das Vorgehen für alle, die sich mit 3D-Druck beschäftigen, nichts Neues sein. Es ist sinnvoll, das Bauteil logisch anzuordnen. Wir haben bereits gesehen, wie Materialabfälle im 3D-Druck und in der traditionellen Fertigung entfernt werden. Am interessantesten ist es, Werkzeuge einzusetzen, die diese Optimierung automatisieren. Wir wissen nicht, wie viel die Software kosten wird, und vermuten, dass sie sich nicht an Hobby-3D-Drucker richtet. Doch wir fragen uns, was möglich ist, und vermuten, dass man mit etwas Geschick und Modellierung mithilfe verfügbarer Software ähnliche Ergebnisse erzielen kann.
Theoretisch sollte jedes Werkzeug, das Finite-Elemente-Analysen durchführen kann, auch die Menge des zu entfernenden Materials bestimmen können. Wir haben festgestellt, dass Automobilhersteller 3D-Druck einsetzen.
„Durch die Simulation der Kräfte am Scharnier können diese Werkzeuge Material entfernen, das keine wesentliche Auswirkung hat. Ich bin kein Ingenieur, aber als ich das las, dachte ich sofort an Finite-Elemente-Analyse. Dann sah ich Sie im vorletzten Satz. Sie erwähnten es. Natürlich machen das die Autohersteller bereits. Wie vergleichen wir das? Berücksichtigt dieses Modell die Kräfte sowohl im Notfall als auch im Normalbetrieb?“
Jede Kante, jede Vertiefung und jede Verrundung erfordert Maschinenzeit und Werkzeugverschleiß. Gegebenenfalls sind zusätzliche Werkzeugwechsel erforderlich, und bei der Bearbeitung einer anderen Oberfläche müssen die Teile unter Umständen nachbearbeitet und wieder angebracht werden, um sie in eine Ausrichtung zu bringen, die die Herstellung mehrerer Taschen ermöglicht – vorausgesetzt, es steht ein geeignetes Werkzeug für alle Bearbeitungsschritte zur Verfügung.
Ich denke, man könnte eine Maschine mit mehr Freiheitsgraden verwenden, um das Teil im optimalen Winkel zu drehen… Aber um welchen Preis?
Beim 3D-Druck gibt es in der Regel keine solchen Formbeschränkungen, wodurch komplexe Teile genauso einfach herzustellen sind wie einfache.
Andererseits liegt der Vorteil der traditionellen subtraktiven Bearbeitung darin, dass das Material tendenziell isotrop ist, in alle Richtungen gleich fest ist und keine inneren Planstellen aufweist. Dadurch entfällt die Sorge um mangelhafte Haftung aufgrund unzureichender Sinterung. Zudem kann das Material durch ein Walzwerk (ein kostengünstiger Schritt) eine gute Kornstruktur erzielen.
Alle 3D-Druckverfahren stoßen an Formgrenzen. Selbst Teile des SLM-Verfahrens. Wie man vermuten könnte, spielt die Isotropie des SLM-Verfahrens dabei keine Rolle. Die täglich eingesetzten Maschinen und Prozesse liefern sehr konsistente Ergebnisse.
Die Preisgestaltung ist jedoch eine ganz andere Sache. In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist es für den 3D-Druck schwierig, wirklich wettbewerbsfähig zu sein.
Ich würde sagen, die Luft- und Raumfahrtindustrie ist einer der wenigen Bereiche, in denen sich die Kosten für den 3D-Metalldruck rechtfertigen lassen. Die anfänglichen Herstellungskosten sind im Vergleich zu den Gesamtkosten eines Luft- und Raumfahrtprodukts verschwindend gering, und da das Gewicht eine so wichtige Rolle spielt, ist der Nutzen leicht nachvollziehbar. Verglichen mit den enormen Kosten der Qualitätssicherung für Verbundbauteile können ein ausgereifter Druckprozess und die Prüfung kritischer Abmessungen echte Kosteneinsparungen ermöglichen und neue Wege eröffnen.
Das offensichtlichste Beispiel ist die gesamte Hardware moderner Raketentriebwerke. Man kann viele Schwachstellen in komplexen Rohrleitungen beseitigen und gleichzeitig Rücklaufverluste und Gewicht reduzieren. Ich glaube, einige Triebwerksdüsen werden im 3D-Druckverfahren hergestellt (vielleicht von Superdraco?). Ich meine mich zu erinnern, dass es mal Berichte über eine Art gedruckte Metallhalterung an Boeing-Flugzeugen gab.
Produkte wie die neuen Störsender der Marine und andere Neuentwicklungen können zahlreiche 3D-gedruckte Halterungen aufweisen. Der Vorteil topologieoptimierter Bauteile liegt darin, dass die Festigkeitsanalyse in den Konstruktionsprozess integriert und die Ermüdungsanalyse direkt damit verknüpft wird.
Es wird jedoch noch einige Zeit dauern, bis sich Technologien wie DMLS in der Automobil- und Fertigungsindustrie wirklich durchsetzen. Das Gewicht spielt eine deutlich geringere Rolle.
Ein Anwendungsgebiet, in dem es sich bewährt hat, sind Hydraulik-/Pneumatikverteiler. Die Möglichkeit, gebogene Kanäle und Hohlräume für Schrumpfschlauch herzustellen, ist sehr nützlich. Da für Zertifizierungszwecke ohnehin ein 100%iger Belastungstest erforderlich ist, benötigt man keinen großen Sicherheitsfaktor (die Belastung ist ohnehin recht hoch).
Das Problem ist, dass viele Unternehmen zwar mit einem SLM-Drucker prahlen, aber nur wenige wissen, wie man ihn bedient. Diese Drucker werden lediglich für Rapid Prototyping eingesetzt und stehen die meiste Zeit ungenutzt herum. Da es sich hierbei noch um ein relativ neues Gebiet handelt, ist zu erwarten, dass die Drucker schnell an Wert verlieren und innerhalb von fünf Jahren verschrottet werden müssen. Das bedeutet, dass es trotz der geringen Anschaffungskosten sehr schwierig ist, einen angemessenen Preis für einen Produktionsauftrag zu erzielen.
Die Druckqualität hängt auch von der Wärmeleitfähigkeit des Materials ab. Aluminium neigt zu Oberflächenrauheit, die zu unerwünschter Ermüdungsfestigkeit führen kann (was bei einem Verteiler, der für diese Eigenschaften ausgelegt ist, jedoch nicht erforderlich ist). TiAlV6 lässt sich zwar hervorragend drucken und weist bessere Festigkeitseigenschaften als die Standardlegierung T6 auf, Aluminium ist jedoch meist als AlSi10Mg erhältlich, welche nicht zu den festesten Legierungen zählt. T6 eignet sich zwar für Gussteile aus demselben Material, jedoch nicht für SLM-Bauteile. Scalmaloy ist ebenfalls eine gute Wahl, aber schwer zu lizenzieren, weshalb es nur von wenigen Anbietern angeboten wird. Alternativ kann man auch Titan mit dünneren Wandstärken verwenden.
Die meisten Firmen benötigen außerdem ein Vermögen, 20 Muster und einen enormen Zeitaufwand, um das gedruckte Teil zu bearbeiten. Obwohl es im Prinzip dasselbe ist wie die gefrästen Gussteile, deren Herstellung jahrelang Unsummen verschlungen hat, halten sie die gedruckten Teile für Zauberei, und die Kunden glauben, sie hätten unbegrenzte finanzielle Mittel. AS9100-zertifizierte Unternehmen haben in der Regel keine Auftragslücken, machen gerne das, was sie schon lange tun, und wissen, dass sie damit Geld verdienen können, ohne sich dabei in Gefahr zu begeben.
Ja, die Luft- und Raumfahrtindustrie kann von SLM-Bauteilen profitieren, und einige tun dies auch. Allerdings stecken die Besonderheiten der Branche und der Dienstleistungsunternehmen noch immer in den 70er-Jahren fest, was die Sache etwas komplizierter macht. Die einzige wirkliche Weiterentwicklung findet sich im Triebwerksbereich, wo gedruckte Einspritzdüsen mittlerweile Standard sind. Für uns persönlich ist der Kampf um die Lieferungen von ASML ein harter Unterfangen.
Auspuffrohr für den 3D-Druck aus Edelstahl P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Weitere Faktoren, die die Bearbeitungskosten beeinflussen, sind die Vermeidung von Kühlmittelverlusten durch Abplatzen und Verdunstung. Zudem müssen die Späne aufbereitet werden. Jede Reduzierung der Spänemenge in der Serienfertigung kann zu erheblichen Einsparungen führen.
Dies wird oft als Topologie-Design bezeichnet und stellt, wie man sich denken kann, eine weitere Analyseebene oberhalb der FEA dar. Es hat sich erst in den letzten Jahren wirklich durchgesetzt, da die entsprechenden Werkzeuge zugänglicher geworden sind.
Immer wenn der Name Fraunhofer auftaucht, handelt es sich um ein patentiertes Produkt, dessen Verwendung der Maker-Community für sehr lange Zeit untersagt sein wird.
Mit anderen Worten: Wir haben eine neue Methode entwickelt, um sicherzustellen, dass Ihr Auto ersetzt wird, sobald Ihre Garantie abgelaufen ist.
Ich sehe keinen Zusammenhang zwischen leichteren Türscharnieren und einer finsteren Verschwörung, die einen dazu bringt, sein ganzes Auto in den Müll zu werfen?
Die Analyse der Ermüdungslebensdauer ist eine Sache; wenn man nur die Materialfestigkeit optimiert, erhält man am Ende ein Bauteil, das nicht funktioniert.
Selbst wenn es absichtlich so geschwächt konstruiert wurde, wird es nicht gleich nach Ablauf der Garantie kaputtgehen. Es ist ja nur ein Scharnier, aber es ist neu, und es ist unwahrscheinlich, dass man das ganze Auto verschrotten muss. Man wird im Laufe der Zeit ein Ersatzteil bekommen, weil das Auto an sich noch gut ist, aber eben dieses günstige/einfach zu ersetzende Teil verschlissen ist – nichts Neues also.
Um in der Praxis die Einhaltung von Sicherheitsstandards usw. zu gewährleisten, wird das Fahrzeug – wie die meisten Karosserien, Rahmen und Sitze – aufgrund der Belastungen im normalen Gebrauch wahrscheinlich noch stark überarbeitet. (Verkaufsstelle, sofern in Ihrer Region nicht gesetzlich vorgeschrieben.)
„Es ist doch nur ein Scharnier“, aber es ist auch ein Beispiel dafür, wie man ein Bauteil für eine begrenzte Lebensdauer konstruiert. Überträgt man das auf den Rest des Autos, wird es mit der Zeit zu einer Schrottkarre.
Der Skandal ist das Ergebnis ihrer häufigen Patentanmeldungen (MP3, wie ich sehe!).
Die gesamte US-Wirtschaft basiert auf einem solchen „Chip“. Nach manchen Maßstäben funktioniert es :-/.
Fraunhofer leistete umfangreiche wissenschaftliche Arbeit, sowohl angewandte als auch Grundlagenforschung. Das kostet Geld. Um ohne Patente und Lizenzen arbeiten zu können, sind höhere staatliche Fördermittel nötig. Durch Lizenzen und Patente tragen auch andere Länder einen Teil der Kosten, da sie ebenfalls von der Technologie profitieren. Darüber hinaus sind all diese Studien von großer Bedeutung für die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie.
Laut ihrer Website besteht ein Teil Ihrer Steuer aus etwa 30 % (Grundfinanzierung), der Rest stammt aus Quellen, die auch anderen Unternehmen zur Verfügung stehen. Patenteinnahmen sind wahrscheinlich Teil dieser 70 %. Wenn Sie dies nicht berücksichtigen, wird es entweder zu geringeren Entwicklungsausgaben oder höheren Steuern kommen.
Aus unerfindlichen Gründen ist Edelstahl für Karosserie-, Motor-, Getriebe- und Fahrwerkskomponenten verboten und unbeliebt. Man findet ihn nur noch in einigen teuren Auspuffanlagen, und selbst dort handelt es sich meist um minderwertigen Stahl wie martensitisches AISI 410. Wer eine gute, langlebige Auspuffanlage möchte, muss selbst aus AISI 304/316 etwas Vergleichbares herstellen.
Alle Öffnungen solcher Teile werden sich mit der Zeit mit feuchter Erde zusetzen, und die Teile beginnen sehr schnell zu rosten. Da das Teil für ein möglichst geringes Gewicht ausgelegt ist, macht jeglicher Rost es sofort unbrauchbar. Man kann froh sein, wenn es sich nur um ein Türscharnier oder eine weniger wichtige interne Strebe oder einen Hebel handelt. Bei Fahrwerks-, Getriebe- oder ähnlichen Teilen sieht es jedoch sehr schlecht aus.
PS: Kennt jemand ein Auto mit Edelstahlkarosserie, das Feuchtigkeit, Enteisungsmitteln und Schmutz ausgesetzt war und dessen Karosserie größtenteils verschmutzt ist? Alle Querlenker, Kühlerlüftergehäuse usw. sind zu jedem Preis erhältlich. Ich kenne den DeLorean, aber leider hat dieser nur Außenbleche aus Edelstahl und nicht die gesamte Karosseriestruktur und andere wichtige Details.
Ich wäre bereit, für ein Auto mit Karosserie, Rahmen, Fahrwerk und Auspuffanlage aus Edelstahl mehr zu bezahlen, was aber einen Preisnachteil bedeutet. Das Material ist nicht nur teurer, sondern auch schwieriger zu formen und zu schweißen. Ich bezweifle, dass Motorblöcke und Zylinderköpfe aus Edelstahl sinnvoll sind.
Es ist zudem sehr schwierig. Gemessen an den heutigen Kraftstoffverbrauchsstandards bietet Edelstahl keinerlei Vorteile. Es würde Jahrzehnte dauern, die CO₂-Emissionen eines größtenteils aus Edelstahl gefertigten Autos so weit auszugleichen, dass sich die Vorteile des Materials hinsichtlich der Haltbarkeit amortisieren.
Warum meinen Sie das? Edelstahl hat die gleiche Dichte, ist aber etwas fester. (AISI 304 – 8000 kg/m³ und 500 MPa, 945 – 7900–8100 kg/m³ und 450 MPa). Bei gleicher Blechdicke wiegt ein Edelstahlkörper genauso viel wie ein normaler Stahlkörper. Und man muss ihn nicht lackieren, also keine zusätzliche Grundierung, Farbe oder Lasur.
Ja, manche Autos bestehen aus Aluminium oder sogar Titan und sind daher leichter, aber sie gehören hauptsächlich zum Luxussegment, und Käufer haben kein Problem damit, jedes Jahr neue Autos zu kaufen. Außerdem rostet Aluminium, in manchen Fällen sogar schneller als Stahl.
Edelstahl ist keineswegs schwieriger zu formen und zu schweißen. Er gehört zu den am einfachsten zu schweißenden Materialien und lässt sich aufgrund seiner höheren Duktilität im Vergleich zu normalem Stahl in komplexere Formen bringen. Achten Sie auf Töpfe, Spülbecken und andere Edelstahl-Stanzteile, die weit verbreitet sind. Ein großes Spülbecken aus AISI 304-Edelstahl kostet deutlich weniger und ist aufwendiger geformt als jeder Kotflügel aus billigem Stahlblech. Karosserieteile lassen sich mit hochwertigem Edelstahl problemlos in herkömmlichen Formen herstellen, und die Formen halten länger. In der Sowjetunion fertigten einige Arbeiter in Autofabriken mit Werksanlagen Karosserieteile aus Edelstahl, um ihre Fahrzeuge zu ersetzen. Man findet heute noch den alten Wolga (GAZ-24) mit Unterboden, Kofferraumdeckel oder Kotflügeln aus Edelstahl. Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion war dies jedoch nicht mehr möglich. Ich weiß nicht warum und wie, und heute will niemand mehr Geld dafür verdienen. Mir ist auch nicht bekannt, dass Karosserieteile aus Edelstahl in westlichen oder Entwicklungslandfabriken hergestellt werden. Ich konnte nur einen Jeep aus Edelstahl finden, aber soweit ich mich erinnere, wurden die Edelstahlbleche in Handarbeit gefertigt, nicht werksseitig. Es gibt auch Berichte von VW Golf Mk2-Fans, die versucht haben, eine größere Menge Edelstahlkotflügel bei Zubehörherstellern wie Klokkerholm zu bestellen, die diese normalerweise aus normalem Stahl herstellen. Alle diese Hersteller haben jegliches Gespräch zu diesem Thema sofort und unhöflich abgebrochen, nicht einmal über den Preis. Man kann in dieser Gegend also praktisch nichts bestellen, nicht einmal in großen Mengen.
Einverstanden, deshalb habe ich den Motor in der Liste nicht erwähnt. Rost ist definitiv nicht das Hauptproblem des Motors.
Edelstahl ist zwar teurer, aber ein Edelstahlgehäuse muss nicht lackiert werden. Die Kosten für ein lackiertes Karosserieteil sind deutlich höher als die Kosten des Teils selbst. Daher kann ein Edelstahlgehäuse günstiger sein als ein rostiges und hält nahezu ewig. Ersetzen Sie einfach die verschlissenen Gummibuchsen und -gelenke an Ihrem Fahrzeug, und Sie müssen kein neues Auto kaufen. Gegebenenfalls können Sie sogar den Motor durch ein effizienteres oder gar ein elektrisches Modell ersetzen. So entstehen weder Abfall noch unnötige Umweltbelastungen beim Bau neuer oder dem Betrieb alter Autos. Aus irgendeinem Grund wird diese umweltfreundliche Methode jedoch von Umweltschützern und Herstellern völlig ignoriert.
Ende der 1970er-Jahre fertigten Handwerker auf den Philippinen neue Karosserieteile aus Edelstahl für Jeepneys an. Diese Fahrzeuge stammten ursprünglich von Jeeps aus dem Zweiten Weltkrieg und dem Koreakrieg, wurden aber um 1978 umgebaut, da man das Heck verlängern konnte, um mehr Fahrgäste unterzubringen. Daher mussten neue Jeepneys von Grund auf neu gebaut werden, wobei Edelstahl verwendet wurde, um die Karosserie vor Rost zu schützen. Auf einer von Salzwasser umgebenen Insel ist das von Vorteil.
Edelstahlblech hat kein Material, das HiTen-Stahl gleichwertig ist. Dies ist sicherheitstechnisch entscheidend; man erinnere sich an die ersten EuroNCAP-Tests mit chinesischen Autos, bei denen dieser Spezialstahl nicht verwendet wurde. Für komplexe Bauteile ist GS-Gusseisen unübertroffen: kostengünstig, mit hervorragenden Gießeigenschaften und Rostbeständigkeit. Der letzte Sargnagel ist der Preis. Edelstahl ist extrem teuer. Das Beispiel eines Sportwagens, bei dem die Kosten keine Rolle spielen, wird nicht ohne Grund angeführt, aber für VW trifft das keinesfalls zu.
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