Vor dem Sprung in die Serie

Fast jeder Automobilhersteller nutzt bereits die landläufig als 3-D-Druck bezeichnete additive Fertigung – mindestens in der Herstellung von Prototypen oder im Werkzeug- und Vorrichtungsbau. Schwerer tut sich die Automobilbranche noch damit, Serienbauteile für Fahrzeuge zu drucken. Denn additive Verfahren sind nicht für große Stückzahlen prädestiniert. Aber es locken so große Vorteile, das Hersteller und -zulieferer intensiv an der Serientauglichkeit arbeiten. Denn mit den additiven Verfahren lassen sich Bauteile herstellen, die mit Guss-, Schmiede- oder spanenden Produktionsprozessen nicht herstellbar wären – etwa Bauteile mit Hohlräumen oder Hinterschnitten. So lässt sich das verwendete Material genau dort und nur dort einsetzen, wo es für die gewünschte Belastbarkeit notwendig ist. Das macht die Teile leichter – und verschafft fast grenzenlose Designfreiheit. Allerdings ist der 3-D-Druck langsam und noch nicht für alle Werkstoffe geeignet.

Um den 3-D-Druck schneller zu machen, arbeitet etwa BMW daran, das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) in Serie zu bringen. Mit dem Verfahren lassen sich vor allem größere Metallbauteile relativ schnell produzieren. In den meisten anderen 3-D-Druck-Prozessen für Metalle werden die Bauteile aus sehr dünnen Lagen eines Metallpulvers aufgebaut, was recht feine Strukturen ermöglicht, aber lange dauert. Beim WAAM legt ein Roboter mehr oder weniger dicke Drähte etwa aus Aluminium aufeinander, die dann sukzessive durch einen Lichtbogen mit der darunter liegenden Drahtschicht verschmolzen werden.

Dabei ergeben sich Wandstärken, die BMW zufolge gut zu Komponenten in den Bereichen Karosserie, Antrieb und Fahrwerk passen. Eine der Beispielanwendungen, die bereits realisiert wurden, ist eine Federbeinstütze. Bereits „in absehbarer Zeit“ sollen per WAAM hergestellte Teile in Fahrzeugen erprobt werden. Dass die Oberflächen der Teile leicht wellig sind, weil sie eben aus Drähten bestehen tut der Belastbarkeit offenbar keinen Abbruch. BMW plant zunächst eine zentrale Fertigung in ihrem Additive Manufacturing Campus in Oberschleißheim, will den Prozess aber „perspektivisch“ auch an andere Standorte oder zu Zulieferern ausrollen. Denkbar sei sogar, mit diesem Verfahren Bauteile direkt am Montageband zu produzieren. In Oberschleißheim entwickelt der Hersteller auch die klassischen Verfahren wie das Laserauftragsschweißen mit Metallpulvern weiter.

Auch Volkswagen betreibt in Wolfsburg seit 2018 ein 3-D-Druck-Zentrum, um die Verfahren weiterzuentwickeln und Mitarbeiter in der Anwendung zu schulen. Dort haben die Ingenieure etwa Testteile für die A-Säule mit dem sogenannten Binder-Jetting-Verfahren hergestellt. Dabei werden die Metallpulverschichten nicht per Laserhitze sondern zunächst per Klebstoff zusammengehalten. Erst danach wird das Bauteil so erhitzt, dass sich eine stabile Metallstruktur ergibt.

Andere Entwicklungen, etwa beim Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) zielen darauf mehr Metalle 3-D-Druck-fähig zu machen. Sie machten etwa das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen auch für schwer schweißbare Werkzeugstähle, Titan, Aluminium und Nickelbasislegierungen nutzbar. Ein anderer Ansatz beim ILT ist es, während der additiven Herstellung direkt Sensoren in die Bauteile einzubringen, die gewissermaßen direkt auf die Bauteile gedruckt werden. Die Sensoren können später beispielsweise Daten dazu liefern, welchen Belastungen die Bauteile ausgesetzt sind und wie sich unter Belastung verhalten.

Wenn es um große Stückzahlen geht, ist die additive Fertigung von Kunststoffen schon weiter, als der 3-D-Druck mit Metallen. So hat BMW jüngst angekündigt, dass Bauteile für die Heckleuchten der Neuen Klasse per 3-D-Druck hergestellt werden.

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