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Eilige Drucksache

Der metallische 3D-Druck eröffnet in den Bereichen Entwicklung, Design und Produktion heute schon völlig neue Wege, nun dringt die Technologie in die Exklusivserienfertigung vor.
Es klingt futuristisch und ist faszinierend anzusehen: In einem 3D-Drucker entstehen hochkomplexe Metallteile sozusagen aus dem Nichts. Metallpulver wird in hauchdünnen Schichten aufgetragen und mittels Laserstrahl zu einem Bauteil verschmolzen. Der größte Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es hochkomplexe Bauelemente ermöglicht, die mit bisherigen Fertigungsverfahren nicht hergestellt werden konnten – und das in Rekordzeit.  

Steckt im 3D-Druck also die Zukunft der Automobilproduktion?

Jörg Spindler, Leiter des Audi Kompetenzcenters Anlagen- und Umformtechnik, bremst die Euphorie ein wenig, indem er einen Vergleich zu Karbon-Bauteilen zieht: „CFK hat das Stahlblech nicht verdrängt, aber neue Möglichkeiten geschaffen. Auch der metallische 3D-Druck ist kein konkurrierendes Verfahren in der Großserienproduktion, wird aber in einigen Teilbereichen deutliche Fortschritte bringen.“

Den Prototypenbau hat die Technologie heute schon revolutioniert, kann doch ein Bauteil direkt von der Konstruktionszeichnung in die Realität übertragen werden. Knuth Walczak, Leiter Innovations- und Vorausentwicklungsmanagement im E-Ressort bei Porsche: „Bei den sehr kleinen Stückzahlen in der Entwicklung oder im Motorsport kann der 3D-Druck heute viel Zeit sparen. Das Verfahren bringt auch Vorteile in der Gewichtsreduktion und dort, wo ein Bauteil zusätzliche Funktionen wie Kühlung oder Strömung übernehmen soll.“

Dementsprechend lassen sich heute Werkzeuge für das Warmumformen, für den Kunststoff-Spritzguss oder Anwendungen im Druckguss mit Wasserkanälen konturnah unter der Oberfläche herstellen, deren bessere Kühlung für verringerte Prozesszeiten sorgt. Das Beispiel zeigt auch, dass der 3D-Druck in Sachen Belastbarkeit keine Grenzen setzt. Knuth Walczak: „In den Materialeigenschaften entsteht kein direkter Nachteil, es können sogar so hochbelastete Teile wie Kolben gedruckt werden. Da Schicht für Schicht aufgetragen wird, kann man gezielt Einfluss auf die Mikrostruktur nehmen, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften von konventionell hergestellten Bauteilen signifikant unterscheiden.“

3D-Druck weltweit

Im Volkswagenkonzern stehen derzeit 90 3D-Drucker an 26 verschiedenen Standorten zur Verfügung: Belmont, Braunschweig, Changchun, Chemnitz, Emden, Györ, Hannover, Kaluga, Kassel, Leipzig, Mlada Boleslav, Molsheim, München, Osnabrück, Pacheco, Palmela, Potsdam, Poznan, Stupava, Uitenhage, Weissach, Zwickau.

Wie hoch das Potential im Bereich Gewichtsreduktion ist, zeigt ein Forschungsprojekt von Volkswagen Osnabrück. Bei einer A-Säulenverstärkung konnte die Anzahl der Einzelteile und aufgrund der bionisch optimierten Auslegung des Bauteils das Gewicht um 74 Prozent reduziert werden – natürlich bei gleicher Belastbarkeit.
Trotzdem wird der metallische 3D-Druck vorerst auf spezielle Anwendungsgebiete beschränkt bleiben, denn das Verfahren ist noch vergleichsweise langsam und teuer, auch bei Maßhaltigkeit und Oberflächengüte gibt es noch Verbesserungsbedarf. Im Extremfall dauert der Druck eines Prototypen-Motorblocks heute über 100 Stunden. Als Faustregel gilt: Je kleiner und komplexer und weniger kostensensibel ein Bauteil, umso eher ist es für den 3D-Druck geeignet.

Beim wenig nachgefragten Wasserstutzen eines Audi W12-Motors erfolgt heute bereits die Nachfertigung on demand per 3D-Druck.

Günstige Bedingungen für den Einsatz von metallischen, 3D-gedruckten Bauteilen bieten Sonder- und Exklusivserien aus dem Hause Volkswagen. Hier werden bereits erste Bauteile im Verfahren des metallischen 3D-Druck gefertigt.

Extrem selten nachgefragte Original-Ersatzteile werden heute schon per 3D-Druck nachgefertigt, etwa ein Getriebehebel des legendären Porsche 959 oder ein Wasserstutzen für Audis W12-Motor. Alexander Schmid, Vertrieb After Sales AUDI AG: „Die Nachfertigung on demand ist für uns eine Vision, um in Zukunft die Versorgung mit weniger benötigten Original-Ersatzteilen wirtschaftlich und nachhaltig sicherzustellen. Regionale Druckzentren würden die Logistik und Lagerhaltung vereinfachen.“

Aber wie bei vielen neuen Technologien ist es auch hier noch ein weiter Weg, um von prototypischen Anwendungen zu Bauteilen für Großserienanwendungen im Automobilbau zu kommen. Jörg Spindler: „Heute rechnet sich 3D-Druck bis zu etwa 200 Stück über den Lebenszyklus eines Produktes. Wir hoffen, dass sich durch Optimierungen in Prozess- und Anlagentechnik der nächsten Jahre auch bei 3000 Stück eine Rentabilität erzielen lässt.“ Und eine Kostenreduzierung würde wiederum neue Möglichkeiten in der Individualisierung von Fahrzeugen eröffnen, etwa in Form von speziellen Performance-Modellen in Exklusivserien.

  • Starke Technologie, starke Community

    Im Forschungsbereich misst man dem Thema 3D-Druck enormen Stellenwert bei, auch wenn vermutlich niemals ein Golf aus dem 3D-Drucker kommen wird. Ingo Hartmann, Volkswagen Konzernforschung: „In der Konzernforschung beschäftigen wir uns stark mit der Frage, wie sehr der 3D-Druck Fahrzeugkonzepte in den nächsten Generationen beeinflussen wird. Besonders interessant ist, dass neue Freiheiten in der Konstruktion entstehen, die wir unter dem Focus des maximalen Kundennutzens anwenden werden.“

    Ingo Hartmann ist auch für die Vernetzung der 3D-Druck-Aktivitäten innerhalb des Konzerns verantwortlich. Seit fast vier Jahren existiert der Konzerntechnologiekreis mit nahezu 100 Teilnehmern aus allen Geschäftsfeldern des Konzerns, bestehend aus Entwicklern, Designern, Produktionsspezialisten und Kaufleuten. Besonders stolz ist man in dieser Community darauf, dass die markenübergreifende Zusammenarbeit vorbildlich funktioniert. Hartmann: „ Wir achten auf offenen Ideenaustausch und flache Hierarchien. Aus dem Anreiz, die Entwicklung einer neuen Technologie mitgestalten zu können, entsteht ein Pioniergeist innerhalb der Gruppe. Man könnte sagen, wir leben die Konzernstrategie ‚TOGETHER‘.“