Das gesamte Fahrzeugchassis von Divergent3D ist 3D-gedruckt. Sein öffentliches Debüt feierte es vom 13. bis 16. November am Stand von SLM Solutions auf der Formnext 2018 in Frankfurt, Deutschland.
Wenn Sie über praktische Kenntnisse in der additiven Fertigung (AM) verfügen, sind Sie wahrscheinlich mit 3D-Druckdüsen für die Leap-Triebwerksplattform von GE vertraut. Die Wirtschaftspresse berichtet seit 2012 über diese Geschichte, da es sich tatsächlich um den ersten öffentlichkeitswirksamen Einsatz von AM in einer realen Produktionsumgebung handelte.
Einteilige Treibstoffdüsen ersetzen eine früher aus 20 Teilen bestehende Baugruppe. Außerdem musste sie robust konstruiert sein, da sie im Triebwerk Temperaturen von bis zu 2.400 Grad Fahrenheit ausgesetzt war. Das Teil erhielt 2016 die Flugzulassung.
Heute hat GE Aviation Berichten zufolge mehr als 16.000 Zusagen für seine Leap-Triebwerke. Aufgrund der starken Nachfrage gab das Unternehmen bekannt, dass es im Herbst 2018 seine 30.000ste 3D-gedruckte Treibstoffdüse gedruckt hat.
GE-Verantwortliche haben es vielleicht satt, über Treibstoffdüsen zu reden, aber es hat den Weg für den AM-Erfolg des Unternehmens geebnet. Tatsächlich beginnen alle neuen Triebwerksdesign-Meetings mit einer Diskussion darüber, wie die additive Fertigung in die Produktentwicklungsbemühungen integriert werden kann. Beispielsweise verfügt das neue GE 9X-Triebwerk, das sich derzeit in der Zertifizierung befindet, über 28 Treibstoffdüsen und einen 3D-gedruckten Verbrennungsmischer. In einem anderen Beispiel entwirft GE Aviation ein Turboprop-Triebwerk neu, das seit etwa 50 Jahren fast das gleiche Design hat und über 12 3D-gedruckte verfügen wird Teile, die dazu beitragen, das Motorgewicht um 5 Prozent zu reduzieren.
„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, vor dem versammelten Publikum am Stand des Unternehmens auf der Formnext 2018 in Frankfurt., Anfang November.
Gatlin nannte die Einführung von AM einen „Paradigmenwechsel“ für GE Aviation. Sein Unternehmen ist jedoch nicht allein. Die Aussteller der Formnext stellten fest, dass auf der diesjährigen Messe mehr Hersteller (OEMs und Tier-1-Hersteller) anwesend waren als je zuvor. (Messevertreter berichteten, dass 26.919 Menschen an der Veranstaltung teilgenommen hätten, ein Anstieg von 25 Prozent gegenüber der Formnext 2017.) Während Luft- und Raumfahrthersteller den Vorstoß zur Verwirklichung der additiven Fertigung vorangetrieben haben Fertigungs-, Automobil- und Transportunternehmen Die Technologie wird auf eine neue Art und Weise betrachtet. Eine viel ernstere Art und Weise.
Auf einer Formnext-Pressekonferenz teilte Paul Heiden, Senior Vice President von Ultimaker, Einzelheiten darüber mit, wie Ford die 3D-Drucker des Unternehmens in seinem Werk in Köln nutzte, um Produktionswerkzeuge für den Ford Focus herzustellen. Er sagte, das Unternehmen habe im Vergleich zum Kauf desselben Werkzeugs von einem externen Lieferanten etwa 1.000 Euro pro Druckwerkzeug eingespart.
Wenn Fertigungsingenieure Werkzeuge benötigen, können sie den Entwurf in eine 3D-CAD-Modellierungssoftware laden, den Entwurf polieren, an einen Drucker senden und ihn innerhalb weniger Stunden drucken lassen. Fortschritte in der Software, wie etwa die Integration weiterer Materialtypen, haben dazu beigetragen, die Entwurfswerkzeuge einfacher zu machen, sodass auch „ungeschulte“ Benutzer mit der Software arbeiten können, sagte Heiden.
Da Ford in der Lage sei, die Nützlichkeit von 3D-gedruckten Werkzeugen und Vorrichtungen zu demonstrieren, bestehe der nächste Schritt für das Unternehmen laut Heiden darin, das Problem der Ersatzteilbestände anzugehen. Anstatt Hunderte von Teilen zu lagern, werden 3D-Drucker verwendet, um sie nach der Bestellung zu drucken. Von dort aus wird Ford voraussichtlich sehen, welche Auswirkungen die Technologie auf die Herstellung von Teilen haben kann.
Andere Automobilunternehmen integrieren bereits 3D-Druckwerkzeuge auf fantasievolle Weise. Ultimaker liefert Beispiele für Werkzeuge, die Volkswagen in seinem Werk in Palmela, Portugal, einsetzt:
Das auf einem Ultimaker 3D-Drucker hergestellte Werkzeug dient zur Führung der Schraubenplatzierung während 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, neu überdenken. Er möchte mithilfe fortschrittlicher Computermodellierung und AM einen neuen Ansatz entwickeln, um Chassis zu schaffen, 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 Drucken alle zusammenpassen. Vertreter von Divergent3D sagen, dass dieser Ansatz bei der Konstruktion und Montage des Chassis 250 Millionen US-Dollar einsparen könnte, indem Werkzeugkosten eingespart und Teile um 75 Prozent reduziert werden.
Das Unternehmen hofft, diese Art von Produktionseinheit in Zukunft an Automobilhersteller verkaufen zu können. Divergent3D und SLM haben eine enge strategische Partnerschaft geschlossen, um dieses Ziel zu erreichen.
Senior Flexonics ist in der Öffentlichkeit kein besonders bekanntes Unternehmen, aber es ist ein wichtiger 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 besprechen, und die beiden erzählten ihre Erfolgsgeschichten auf der Formnext 2018.
Komponenten, die neu entwickelt wurden, um AM zu nutzen, sind Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler für Nutzfahrzeuganwendungen, sowohl auf der Straße als auch im Gelände. Advanced Flexonics ist daran interessiert, herauszufinden, ob es effizientere Möglichkeiten gibt, Prototypen zu erstellen, die realen Tests und möglicherweise der Massenproduktion standhalten. Mit jahrelanger Erfahrung in der Herstellung von Teilen für Automobil- und Industrieanwendungen verfügt GKN über ein tiefgreifendes Verständnis der funktionellen Porosität von Metallteilen.
Letzteres ist wichtig, da viele Ingenieure davon ausgehen, dass Teile für bestimmte Industriefahrzeuganwendungen eine Dichte von 99 % erfordern. Bei vielen dieser Anwendungen ist dies nicht der Fall, so EOS-CEO Adrian Keppler, was der Maschinentechnikanbieter und Partner bestätigt.
Nach der Entwicklung und Erprobung von Teilen aus dem Material EOS StainlessSteel 316L VPro stellte Senior Flexonics fest, dass additiv gefertigte Teile ihre Leistungsziele erfüllen und schneller hergestellt werden können als Gussteile. Beispielsweise kann das Portal im Vergleich zum Gussverfahren in 70 % der Zeit in 3D gedruckt werden. Auf der Pressekonferenz erkannten alle am Projekt beteiligten Parteien an, dass dies ein großes Potenzial für die zukünftige Serienproduktion bietet.
„Man muss überdenken, wie Teile hergestellt werden“, sagte Kepler. „Man muss die Fertigung anders betrachten.“Dabei handelt es sich nicht um Guss- oder Schmiedeteile.“
Für viele in der AM-Branche besteht der heilige Gral darin, dass die Technologie in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen weit verbreitet ist. In den Augen vieler würde dies eine vollständige Akzeptanz bedeuten.
AM-Technologie wird zur Herstellung dieser Einlass- und Auslassventile für Abgasrückführungskühler für Nutzfahrzeuganwendungen eingesetzt. Der Hersteller dieser Prototypenteile, Senior Flexonics, untersucht innerhalb seines Unternehmens andere 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 auf einmal aufzunehmen. Es gibt noch viel zu tun, aber es gibt viel Spannung über die Zukunft der additiven Fertigung in der realen Fertigung.
„Ich bin seit 20 Jahren in dieser Branche tätig und während dieser Zeit hörte ich immer wieder: ‚Wir sind dabei, diese Technologie in eine Produktionsumgebung zu bringen.‘Also haben wir gewartet und gewartet“, sagte der Direktor des Additive Manufacturing Competency Center von UL.sagte Paul Bates, Manager und Präsident der Additive Manufacturing User Group. „Aber ich denke, wir kommen endlich an den Punkt, an dem alles zusammenläuft und passiert.“
Dan Davis ist Chefredakteur von The FABRICATOR, dem auflagenstärksten Magazin 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 nutzen heute den 3D-Druck zur Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen, und einige nutzen AM sogar für Großserienproduktionen. Ihre Geschichten werden hier vorgestellt.