Das gesamte Autochassis von Divergent3D wird im 3D-Druckverfahren gedruckt. Es wurde vom 13. bis 16. November am Stand von SLM Solutions auf der Formnext 2018 in Frankfurt der Öffentlichkeit vorgestellt.
Wenn Sie sich mit additiver Fertigung (AM) auskennen, sind Sie wahrscheinlich mit dem 3D-Druck von Düsen für die Leap-Triebwerksplattform von GE vertraut. Die Wirtschaftspresse berichtet seit 2012 über diese Geschichte, da es sich tatsächlich um den ersten gut publizierten Fall von AM in Aktion in einer realen Produktionsumgebung handelte.
Einteilige Kraftstoffdüsen ersetzen eine Baugruppe, die früher aus 20 Teilen bestand. Außerdem musste sie robust konstruiert sein, da sie im Triebwerk Temperaturen von bis zu 1.200 °C ausgesetzt war. Das Teil erhielt 2016 die Flugzulassung.
Heute liegen GE Aviation Berichten zufolge mehr als 16.000 Lieferzusagen für seine Leap-Triebwerke vor. Aufgrund der starken Nachfrage gab das Unternehmen bekannt, im Herbst 2018 die 30.000ste 3D-gedruckte Treibstoffdüse gedruckt zu haben. GE Aviation stellt diese Teile in Auburn im Bundesstaat Alabama her und betreibt dort mehr als 40 3D-Metalldrucker für die Teileproduktion. GE Aviation gibt an, dass jedes Leap-Triebwerk über 19 3D-gedruckte Treibstoffdüsen verfügt.
Die Verantwortlichen von GE haben es vielleicht satt, über Treibstoffdüsen zu reden, aber es ebnete den Weg für den AM-Erfolg des Unternehmens. Tatsächlich beginnen alle Besprechungen zur Konstruktion neuer Triebwerke mit einer Diskussion darüber, wie die additive Fertigung in die Produktentwicklung integriert werden kann. Das neue Triebwerk GE 9X, das sich derzeit in der Zertifizierungsphase befindet, verfügt beispielsweise über 28 Treibstoffdüsen und einen 3D-gedruckten Verbrennungsmischer. In einem anderen Beispiel überarbeitet GE Aviation ein Turboprop-Triebwerk, das seit etwa 50 Jahren nahezu unverändert ist, und wird 12 3D-gedruckte Teile enthalten, die zu einer Gewichtsreduzierung des Triebwerks um 5 Prozent beitragen.
„Wir haben in den letzten Jahren gelernt, wirklich große additiv gefertigte Teile herzustellen“, sagte Eric Gatlin, Leiter des Teams für additive Fertigung bei GE Aviation, als er Anfang November vor der versammelten Menge am Stand des Unternehmens auf der Formnext 2018 in Frankfurt sprach.
Gatlin bezeichnete die Einführung von AM weiterhin als „Paradigmenwechsel“ für GE Aviation. Sein Unternehmen ist damit jedoch nicht allein. Aussteller der Formnext stellten fest, dass auf der diesjährigen Messe mehr Hersteller (OEMs und Tier-1-Zulieferer) anwesend waren als jemals zuvor. (Die Messeleitung berichtete von 26.919 Besuchern, 25 Prozent mehr als bei der Formnext 2017.) Während die Hersteller in der Luft- und Raumfahrt die Initiative ergriffen haben, um die additive Fertigung in der Fertigung Wirklichkeit werden zu lassen, wird die Technologie in der Automobil- und Transportbranche mit neuen Augen betrachtet. Und zwar mit viel mehr Ernsthaftigkeit.
Auf einer Pressekonferenz auf der Formnext erläuterte Paul Heiden, Senior Vice President von Ultimaker, Einzelheiten darüber, wie Ford die 3D-Drucker des Unternehmens in seinem Werk in Köln zur Herstellung von Produktionswerkzeugen für den Ford Focus einsetzte. Er sagte, das Unternehmen spare pro Druckwerkzeug rund 1.000 Euro im Vergleich zum Kauf desselben Werkzeugs von einem externen Lieferanten.
Wenn Fertigungsingenieure Werkzeuge benötigen, können sie den Entwurf in eine 3D-CAD-Modellierungssoftware laden, ihn verfeinern, ihn an einen Drucker senden und ihn innerhalb weniger Stunden ausdrucken lassen. Fortschritte in der Software, wie etwa die Einbeziehung weiterer Materialarten, haben dazu beigetragen, die Verwendung von Entwurfswerkzeugen zu vereinfachen, sodass selbst „Ungeschulte“ mit der Software arbeiten können, sagte Heiden.
Nachdem Ford die Nützlichkeit von 3D-gedruckten Werkzeugen und Vorrichtungen unter Beweis stellen konnte, besteht der nächste Schritt für das Unternehmen laut Heiden darin, das Problem der Ersatzteilbestände anzugehen. Anstatt Hunderte von Teilen zu lagern, werden sie mit 3D-Druckern gedruckt, sobald sie bestellt werden. Anschließend wird Ford voraussichtlich sehen, welche Auswirkungen die Technologie auf die Teileproduktion haben kann.
Andere Automobilunternehmen setzen 3D-Druckwerkzeuge bereits auf einfallsreiche Weise ein. Ultimaker nennt Beispiele für Werkzeuge, die Volkswagen in seinem Werk im portugiesischen Palmela verwendet:
Das auf einem Ultimaker 3D-Drucker hergestellte Werkzeug dient zur Führung der Bolzenplatzierung bei der Radplatzierung im Volkswagen-Montagewerk in Portugal.
Wenn es darum geht, den Automobilbau 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, überdenken. Er möchte mithilfe fortschrittlicher Computermodellierung und AM einen neuen Ansatz entwickeln, um Fahrgestelle zu bauen, die leichter als herkömmliche Rahmen sind, aus weniger Teilen bestehen, eine höhere Leistung bieten und weniger teuer in der Herstellung sind. Divergent3D präsentierte seine 3D-gedruckten Fahrgestelle 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 Drucken alle zusammenpassen. Vertreter von Divergent3D sagen, dass dieser Ansatz bei Chassis-Design und -Montage 250 Millionen US-Dollar einsparen könnte, indem Werkzeugkosten eingespart und die Anzahl der Teile um 75 Prozent reduziert würde.
Das Unternehmen hofft, diese Art von Fertigungseinheit in Zukunft an Automobilhersteller verkaufen zu können. Divergent3D und SLM sind eine enge strategische Partnerschaft eingegangen, um dieses Ziel zu erreichen.
Senior Flexonics ist in der Öffentlichkeit kein sehr bekanntes Unternehmen, zählt jedoch zu den wichtigsten Zulieferern von Komponenten für Unternehmen in der Automobil-, Diesel-, Medizin-, Öl- und Gas- sowie Energieerzeugungsbranche. Vertreter des Unternehmens trafen sich im vergangenen Jahr mit GKN Powder Metallurgy, um die Möglichkeiten des 3D-Drucks zu besprechen, und beide Unternehmen tauschten ihre Erfolgsgeschichten auf der Formnext 2018 aus.
Zu den Komponenten, die neu gestaltet wurden, um die Vorteile der additiven Fertigung zu nutzen, gehören Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler für Nutzfahrzeuganwendungen im On- ​​und Off-Highway-Bereich. Advanced Flexonics möchte herausfinden, ob es effizientere Möglichkeiten gibt, Prototypen zu erstellen, die realen Tests und möglicherweise der Massenproduktion standhalten. Dank jahrelanger Erfahrung in der Herstellung von Teilen für Automobil- und Industrieanwendungen verfügt GKN über ein tiefgreifendes Verständnis der funktionalen Porosität von Metallteilen.
Letzteres ist wichtig, da viele Ingenieure glauben, dass Teile für bestimmte Industriefahrzeuganwendungen eine Dichte von 99 % erfordern. Laut Adrian Keppler, CEO von EOS, ist dies bei vielen dieser Anwendungen nicht der Fall, was der Anbieter und Partner der Maschinentechnologie bestätigt.
Nach der Entwicklung und Erprobung von Teilen aus EOS StainlessSteel 316L VPro-Material stellte Senior Flexonics fest, dass additiv gefertigte Teile ihre Leistungsziele erfüllten und schneller hergestellt werden konnten als Gussteile. Beispielsweise kann das Portal im Vergleich zum Gussverfahren in 70 % der Zeit 3D-gedruckt werden. Auf der Pressekonferenz räumten alle am Projekt beteiligten Parteien ein, dass dies großes Potenzial für eine zukünftige Serienproduktion birgt.
„Man muss die Herstellung von Teilen überdenken“, sagte Kepler. „Man muss die Fertigung anders betrachten. Das sind keine Guss- oder Schmiedeteile.“
Für viele in der AM-Branche ist der heilige Gral die flächendeckende Einführung der Technologie in Produktionsumgebungen mit hohem Volumen. In den Augen vieler würde dies eine vollständige Akzeptanz bedeuten.
Mithilfe der AM-Technologie werden diese Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler für Nutzfahrzeuganwendungen hergestellt. Der Hersteller dieser Prototypteile, Senior Flexonics, untersucht innerhalb seines Unternehmens weitere Einsatzmöglichkeiten für den 3D-Druck.
Vor diesem Hintergrund arbeiten Material-, Software- und Maschinenentwickler hart daran, Produkte zu liefern, die dies ermöglichen. Materialhersteller möchten Pulver und Kunststoffe herstellen, die die Leistungserwartungen auf wiederholbare Weise erfüllen können. Softwareentwickler versuchen, ihre Materialdatenbanken zu erweitern, um Simulationen realistischer zu gestalten. Maschinenbauer entwerfen Zellen, die schneller laufen und über größere Produktionsbereiche verfügen, um mehr Teile gleichzeitig verarbeiten zu können. Es bleibt noch viel zu tun, aber die Zukunft der additiven Fertigung in der realen Fertigung ist mit großer Spannung erwartet.
„Ich bin seit 20 Jahren in dieser Branche tätig und habe in dieser Zeit immer wieder gehört: ‚Wir sind dabei, diese Technologie in eine Produktionsumgebung zu bringen.‘ Also haben wir gewartet und gewartet“, sagte Paul Bates, Leiter des Additive Manufacturing Competency Center von UL. „Aber ich denke, wir sind endlich an dem Punkt angelangt, an dem alles zusammenläuft und es passiert.“
Dan Davis ist Chefredakteur von The FABRICATOR, der auflagenstärksten Zeitschrift der Branche für Metallverarbeitung und -umformung, und seinen 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 Fertigung. Hersteller verwenden heute den 3D-Druck zur Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen, und einige nutzen AM sogar für die Massenproduktion. Ihre Geschichten werden hier vorgestellt.