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Fallstudien zur Automobilindustrie

Prototyping ist die treibende Kraft hinter großartigen Autos

Die Autogiganten BMW und Jaguar Land Rover – sowie kleine Zubehörproduzenten wie Minimizer – haben erkannt, dass der 3D-Druck ein einzigartiges Innovationspotenzial für Automobildesign und -fertigung bietet.

3D-Modell einer Jaguar-Lüftung

Hintergrund

Jaguar Land Rover nahm im Sommer 2008 einen Objet Connex500 in Betrieb. Ausschlaggebend für die Anschaffung war die Multimaterial-Fähigkeit des Druckers. Hierbei werden zwei unterschiedliche Materialien unter Nutzung der jeweils besten Eigenschaften in überragenden Modellen kombiniert.

Die beiden weltweit vertretenen Premiummarken Jaguar und Land Rover gehören seit 2000 zu einem Unternehmen. Gemeinsamer Eigentümer war zunächst die Ford Motor Company, heute bilden die Marken den britischen Zweig der Indian TATA Group.

Gegründet wurden die beiden Firmen ursprünglich mit vollkommen unterschiedlichen Ausrichtungen. Der erste Jaguar, der SS100, kam 1935 als erster erschwinglicher Sportwagen auf den Markt, der eine Geschwindigkeit von 160 km/h erreichte. Mit klassischen Design und hoher Leistung stehen die Fahrzeuge von Jaguar seit langem für Geschwindigkeit, Komfort und Sportlichkeit.

Im Gegensatz dazu zeigte sich der erste Series 1 Land Rover 80 im Jahr 1948 als ‘Allzweckfahrzeug’ mit robustem, schnörkellosen Design und Geländetauglichkeit völlig anders. Heute gibt es acht Fahrzeugbaureihen von Jaguar Land Rover (JLR). Fast 20 % der Mitarbeiter von Jaguar Land Rover arbeiten in der Produktentwicklung. Hier sichern die neusten CAD-Technologien sowie die hauseigene Fertigung von Prototypen und Werkzeugen die führende Marktstellung des Unternehmens. Neben den CNC-Modellen, der bestens ausgestatteten Schlosserei und eigener Werkzeugfertigung kommen für Prototypen mehrere RP-Maschinen mit SLA, Lasersintern und Polymer-Jetting-Technologien zum Einsatz.

Direkt aus CAD-Daten gefertigte Bauteilprototypen

3D-Modell von Fahrzeugbauteilen

Jaguar Land Rover investierte im Jahr 2008 in den Objet Connex500, um mehr Bauteile im Rapid Prototyping-Verfahren auf Kunststoffbasis fertigen zu können. Die Möglichkeit, funktionstüchtige Modelle direkt aus CAD-Daten mit elastischen, gummiartigen Materialien zu fertigen, war ein weiterer entscheidender Vorteil, der einen Beitrag zur Verkürzung der Produktionszyklen leistet. Um dessen Leistung unter Beweis zu stellen, wurde mit dem Objet Connex zunächst eine komplette Frontlüftungsbaugruppe für einen Range Rover Sport gefertigt. Hierbei kamen für das Gehäuse und die Lüftungslamellen feste Materialien zum Einsatz, während Regler und Dichtungen aus gummiartigem Material gefertigt wurden. Jaguar Land Rover konnte die gesamte funktionstüchtige Lüftung in einem einzigen Durchgang drucken. Anschließend wurde das Modell gereinigt und sofort getestet. Die Gelenke der Lüftungslamellen funktionierten, Optik und Haptik der Regler ließen keine Wünsche offen.

Das Rückgrat des 3D-Druckers bildet die InkJet-basierte 3D-Technologie. Dank der Kombination zweier unterschiedlicher Materialien zu einer Struktur lassen sich mehrere flexible und feste Materialien erzeugen, die über unterschiedliche mechanische und physische Eigenschaften sowie unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten verfügen. Unter Verwendung dieser Technologie hat der Objet Connex bei Jaguar Land Rover bereits 5000 Betriebsstunden absolviert und dabei mit 600 kg Kunstharz 2500 Bauteile gedruckt. Dass der Objet Connex in diesem Zeitraum nahezu keine Wartung und lediglich, zu den von Objet empfohlen Wartungsintervallen, fünf Ersatzdruckköpfe benötigte, unterstreicht die Produktivität und Zuverlässigkeit des 3D-Druckers.

Die Anzahl der mit dem Objet Connex gefertigten Bauteile wuchs stetig, da das Team neue Wege entdeckte, von den Fähigkeiten des 3D-Druckers zu profitieren. Statistisch gesehen handelt es sich immer noch um einen kleinen Anteil an den 30.000 Prototypenbauteilen, die Jaguar Land Rover pro Jahr fertigt. Allerdings werden viele dieser Bauteile per Lasersintern hergestellt. Bei aus Kunstharz gefertigten Bauteilen erhält der Objet Connex jedoch immer häufiger den Vorzug und leistet inzwischen mehr als ein Drittel der gesamten Produktion. Bemerkenswerterweise wird der Objet Connex aufgrund seiner Geschwindigkeit und den einfachen Nachbearbeitungsmöglichkeiten oftmals verwendet, um feste Bauteile aus einem einzelnen Material zu fertigen. Im Modus mit mehreren Materialien wird er für viele Prozesse genutzt. Dazu zählen die Designentwicklung sowie die Gestaltung von Reglern, Schaltern und Schlüsselanhängern.

Pass- und Funktionstests

Jaguar Land Rover Sport Model

Overmoulding ist eine weitere wichtige Funktion des Objet-3D-Drucksystems. Hierbei werden zwei Materialien separat verwendet, beispielsweise zur Fertigung einer Abdeckung mit Gummidichtung. Nach der Reinigung kann das Bauteil direkt für Pass- und Funktionstests verwendet werden. Weitere wichtige Einsatzbereiche des Objet Connex sind die Entwicklung von Türabdichtungen und Schutzgamaschen, bei denen nur flexibles Tango Black Plus verwendet wird, und seit kürzerer Zeit auch die Fertigung von Bauteilen für Funktionstests.

Am meisten Gebrauch von den Fähigkeiten des Objet Connex macht die Designabteilung von Jaguar Land Rover. Mehr als die Hälfte aller mit dem Objet-3D-Drucker gefertigten Bauteile findet ihren Weg in die Designabteilung und dient zum Verfeinern von Entwürfen.

Ein weiteres gutes Beispiel ist die Fertigung einer kompletten Waschanlage für Teleskopscheinwerfer, die bei jedem fünften Wischen der Frontscheibe ausgefahren wird und die Scheinwerfer reinigt. Die mit dem Objet Connex gedruckten Bauteile erwiesen sich als robust genug für ausführliche Tests. Dadurch konnte der Entwurf genehmigt werden, bevor die wesentlich teurere Werkzeugfertigung begann.

Die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten des Objet Connex werden in den oben genannten Beispielen unmittelbar deutlich. Zusammenfassend lässt sich jedoch sagen, dass die größten Vorteile für Jaguar Land Rover die hervorragenden Bauteildefinitionsmöglichkeiten aufgrund der hohen Genauigkeit und der präzisen Abmessungen sowie die schnellen Ergebnisse dank des einfachen Betriebs, der schnellen Fertigung und dem unproblematischen Reinigungsvorgang bilden. Insbesondere der Objet Connex-3D-Drucker konnte durch die direkte Fertigung von Bauteilprototypen aus CAD-Daten überzeugen, da diese auf anderem Wege in langwierigen und teuren Verfahren hätten produziert werden müssen.

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