Auf einen Blick:
In diesem Leitfaden untersuchen wir, wie Automobilhersteller die additive Fertigung nutzen, um Funktionsprototypen, Leichtbauteile, maßgeschneiderte Werkzeuge, Ersatzteile und Komponenten in der Kleinserienfertigung herzustellen. Wir behandeln die Materialien, Technologien und Produktionsstrategien, die Ingenieurteams dabei helfen, Werkzeugkosten zu senken, Entwicklungszeiten zu verkürzen und die Montageeffizienz zu verbessern.
3D-gedruckte Autoteile sind Fahrzeugkomponenten, die mittels additiver Fertigung für die Automobilentwicklung, die Fertigungsvorbereitung und die Serienproduktion hergestellt werden. Anstelle herkömmlicher Verfahren des Gusses oder der maschinellen Bearbeitung werden diese Teile Schicht für Schicht aus technischen Thermoplasten, Harzen und Verbundmaterialien anhand digitaler CAD-Dateien gefertigt. Hersteller nutzen sie, um maßgeschneiderte Innenausstattungsteile, Leichtbau-Motorhalterungen und Ersatzteile für nicht mehr lieferbare Oldtimer-Modelle mit hoher Präzision herzustellen.
Automobilunternehmen setzen die additive Fertigung über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs hinweg ein, von der frühen Konstruktionsvalidierung bis hin zu Produktionswerkzeugen und Endbauteilen. Je nach Anwendungsbereich können Hersteller Leichtbau-Bauteile für Hochleistungsfahrzeuge, Komponenten für die Kleinserienfertigung oder Ersatzteile produzieren, die über herkömmliche Lieferketten nur schwer zu beschaffen sind.
Die Flexibilität der additiven Fertigung hilft Konstruktionsteams zudem dabei, Entwürfe schnell zu testen und zu verfeinern, ohne auf teure Werkzeuge oder Formen warten zu müssen. Dies beschleunigt die Entwicklung und ermöglicht es den Teams, form, fit and function bereits in einer frühen Phase des Prozesses zu validieren.
Automobilhersteller nutzen zudem validierte Arbeitsabläufe für die additive Fertigung. In einigen Fällen umfasst dies die Unterstützung beim „Production Part Approval Process“ (PPAP), der dabei hilft, vor der Produktion zu überprüfen, ob die Produktionsteile definierte Fertigungs- und Konstruktionsstandards erfüllen.
Heute nutzen Automobilhersteller die additive Fertigung für weit mehr als nur Konzeptmodelle und Funktionsprototypen. Serienreife Polymerteile werden zunehmend für Kleinserien, die Überbrückungsfertigung, Montageanwendungen und den Aftermarket-Support eingesetzt. Dieser Wandel ermöglicht es den Herstellern, mithilfe derselben digitalen Arbeitsabläufe und additiver Fertigungssysteme von der Designvalidierung direkt zur Herstellung von 3D-gedruckten Autoteilen überzugehen.
3D-gedruckte Autoteile werden in der Regel für Innenausstattungskomponenten, aerodynamische Außenverkleidungen, funktionale Fahrzeugteile und Ersatzteile verwendet. Automobilhersteller setzen diese Anwendungen in der gesamten Fahrzeugentwicklung, bei der Kleinserienfertigung, im Aftermarket-Bereich sowie bei Spezialfahrzeugprogrammen ein. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Materialien, von UV-beständigem ASA™ für Außenteile bis hin zu technischen Thermoplasten und Kunstharzen für Funktionskomponenten und Endbauteile sowie Produktionsteile.
Innenausstattungsteile für Fahrzeuge sind ein gängiger Anwendungsbereich der additiven Fertigung, da sie häufig eine individuelle Anpassung, schnelle Iterationen und hochwertige Oberflächenfinishes erfordern. Automobilhersteller nutzen den industriellen 3D-Druck für Armaturenbrettverkleidungen, Schalterblenden, Lüftungsdüsen, Befestigungshalterungen, Klammern und maßgeschneiderte Ausstattungselemente im Innenraum.
Die PolyJet™-Technologie wird häufig für Konzeptstudien und Designprüfungen eingesetzt, da sie glatte Oberflächen, realistische Texturen und hochdetaillierte Prototypen erzeugen kann.
So setzte beispielsweise Italdesign den Stratasys J750™ ein, um Innenraumkomponenten mit Marmoroptik für sein DaVinci-Konzeptfahrzeug herzustellen, darunter die Mittelkonsole, die Lüftungsdüsen und die Türverkleidungen. Das Unternehmen nutzte die PolyJet™-Technologie, um innerhalb enger Entwicklungsfristen äußerst realistische Texturen und Oberflächen zu erzielen, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu erreichen gewesen wären.
Bei Automobil-Außenbauteilen muss ein Gleichgewicht zwischen Optik und langlebigen Eigenschaften hergestellt werden. Hersteller nutzen die additive Fertigung zur Herstellung von Spiegelgehäusen, Zierelementen, Beleuchtungsblenden, Luftkanälen und aerodynamischen Bauteilen.
Materialien wie ASA für FDM® kommen häufig zum Einsatz, da sie eine robuste UV-Beständigkeit und langlebige Witterungsbeständigkeit aufweisen und sich somit für den Außenbereich sowie für Anwendungen in der Kleinserienfertigung eignen.
Die additive Fertigung ermöglicht zudem die Herstellung maßgeschneiderter Autoteile für Spezialfahrzeuge, Motorsportprogramme und Anwendungen mit geringen Stückzahlen.
Anwendungen im Motorraum von Fahrzeugen erfordern Materialien, die Hitze, Vibrationen und mechanische Belastungen standhalten. Ingenieure nutzen die additive Fertigung, um Funktionsprototypen, Halterungen, Kanäle, Gehäuse und Fluidführungssysteme sowie serienreife Komponenten für spezielle Anwendungen im Automobilbereich herzustellen.
Die FDM-Technologie unterstützt diese Anwendungen durch technische Thermoplaste, die speziell für die Funktionsprüfung und Fertigungsumgebungen entwickelt wurden.
Die Teile sind das Ergebnis einer fast dreijährigen Konstruktions- und Entwicklungsphase, in deren Verlauf das NASCAR-Next-Gen-Fahrzeug vor seiner Markteinführung mehr als 37.000 Meilen im Testbetrieb zurücklegte. Die daraus resultierenden Windschutzscheiben-Belüftungsbaugruppen waren die ersten 3D-gedruckten Produktionsteile, die in der gesamten Flotte der NASCAR Cup Series zum Einsatz kamen.
Einer der größten Vorteile der additiven Fertigung ist die Möglichkeit, schwer zu beschaffende oder nicht mehr lieferbare Ersatzteile nachzufertigen. Anstatt physische Lagerbestände über Jahre hinweg zu führen, können Hersteller digitale Teiledateien aufbewahren und Komponenten nach Bedarf herstellen.
Dies ist besonders nützlich für Oldtimer, Sonderprojekte und die Automobilproduktion in Kleinserien, bei denen die ursprünglichen Werkzeuge/Werkzeugbau-Unternehmen möglicherweise nicht mehr existieren.
So half beispielsweise Stratasys Direct Manufacturing bei der Restaurierung des Rennwagens „Sampson Special“ aus dem Jahr 1930, indem veraltete Kühlerkomponenten mithilfe der PolyJet™-Technologie nachgebildet wurden. Dadurch konnten Ersatzteile präzise reproduziert werden, ohne auf herkömmliche Werkzeuge/Werkzeugbau zurückgreifen zu müssen.
Zu den 3D-gedruckten Werkzeugen für die Automobilindustrie gehören die Werkzeuge, die während der Produktion zum Bau, zur Montage, zur Prüfung und zur Handhabung von Fahrzeugkomponenten verwendet werden. Dazu zählen Vorrichtungen, Halterungen, Formen, Roboterwerkzeuge und Prüfhilfen, die mittels additiver Fertigung hergestellt werden.
Automobilhersteller setzen additiv gefertigte Werkzeuge in Montagelinien, Prüfstationen, Lackierbetrieben und additiven Fertigungssystemen ein. Im Vergleich zu herkömmlichen, durch Zerspanung oder maschinelle Bearbeitung hergestellten Werkzeugen lassen sich diese Werkzeuge oft leichter anpassen, schneller herstellen und eignen sich besser für die Kleinserienfertigung sowie für sich ändernde Fertigungsanforderungen.
Der 3D-Druck von Autoteilen und Werkzeugen bietet erhebliche Vorteile, da teure Formen entfallen, Vorlaufzeiten verkürzt werden und eine bedarfsgerechte Produktion ermöglicht wird. Diese Technologie ermöglicht es Herstellern, Entwürfe schnell zu optimieren, maßgeschneiderte Komponenten ohne kostspielige Umrüstungen zu produzieren und Ersatzteile digital zu speichern, anstatt große physische Lagerbestände vorzuhalten.
Automobilhersteller nutzen die additive Fertigung zudem, um die Flexibilität in der Produktion zu verbessern, schneller auf technische Änderungen zu reagieren und die Abhängigkeit von langen externen Lieferketten zu verringern.
Unterschiedliche Anwendungen im Automobilbereich erfordern unterschiedliche Kombinationen aus Stabilität / Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Langlebigkeit, Flexibilität und Oberflächenfinish. Die Materialauswahl hängt davon ab, wo das Bauteil eingesetzt wird und welchen Bedingungen es standhalten muss.
ASA™ ist ein UV-beständiger Thermoplast, der häufig für Außenverkleidungen, Gehäuse und Kleinserienbauteile verwendet wird, die Witterungseinflüssen und Sonnenlicht ausgesetzt sind.
Langlebige technische Thermoplaste, die für Funktionsprototypen, Fertigungshilfsmittel und Serienbauteile verwendet werden, bei denen Stabilität / Festigkeit und Formstabilität gefragt sind. ABS-M30™ bietet verbesserte Stabilität und Schlagfestigkeit für Funktionsteile, Gehäuse und Werkzeuge im Bereich der Produktsysteme (Produktsysteme in der Produktsparte / im Werk / in der Fertigungshalle / in der Fertigungsstätte). ABS-CF10™ ist mit einer Kohlefaser-Verstärkung für höhere Steifigkeit versehen und eignet sich daher für leichte Halterungen, Werkzeuge und Strukturbauteile im Bereich des Leichtbaus.
Nylon-Werkstoffe wie SAF™ PA12 und SAF™ High Yield PA11 bieten eine robuste Kombination aus Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und geringem Gewicht und eignen sich ideal für Funktionsteile, Produktionswerkzeuge, Kanäle, Klammern, Halterungen und Roboterwerkzeuge, bei denen Haltbarkeit und Wiederholgenauigkeit wichtig sind.
Polypropylen eignet sich für Anwendungen in der Automobilindustrie, die chemische Beständigkeit, Flexibilität und langlebige Eigenschaften erfordern. Es wird häufig für medienberührte Bauteile, Abdeckungen und Funktionsprototypen verwendet, bei denen wiederholte Bewegungen oder Schlagfestigkeit wichtig sind.
Photopolymer-Materialien wie ToughONE™ für PolyJet™ und Dura56™ für P3™ DLP zeichnen sich durch glatte Oberflächenfinishes, feine Detailwiedergabe und robuste Maßgenauigkeit aus, wodurch sie sich für Innenraumkomponenten, Konzeptmodelle, Passformprüfteile und Produktionsteile eignen.
Werkzeugwerkstoffe für die Automobilindustrie müssen wiederholtem Einsatz, Temperaturschwankungen und anspruchsvollen Bedingungen in der Produktsionshalle / im Werk / in der Fertigungshalle / in der Fertigungsstätte standhalten. Unterschiedliche Werkzeuganwendungen erfordern unterschiedliche Kombinationen aus Stabilität / Festigkeit, Steifigkeit, Temperaturbeständigkeit und Langlebigkeit.
Kohlefasermaterialien verbinden geringes Gewicht mit hoher Steifigkeit und eignen sich daher besonders gut für den Werkzeugbau in der Automobilindustrie. Hersteller verwenden häufig Materialien wie FDM® Nylon 12CF für Werkzeuge und Vorrichtungen sowie Greifwerkzeuge für Roboter, bei denen eine hohe Leichtbau-Festigkeit bei geringem Gewicht sowie Wiederholgenauigkeit wichtig sind.
Materialien wie das ULTEM™ 1010-Kunstharz bieten robuste Temperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Formstabilität und tragen dazu bei, dass Werkzeuge auch bei wiederholtem Einsatz in der Produktion ihre Genauigkeit behalten. Diese Materialien werden häufig für Fertigungshilfsmittel in der Automobilindustrie, Verbundwerkzeugbau und Anwendungen eingesetzt, die in der Produktsionshalle höheren Temperaturen ausgesetzt sind.
FDM®-Thermoplaste werden häufig für langlebige Fertigungsvorrichtungen, Bohrführungen, Prüfhilfen und Montagewerkzeuge eingesetzt. Materialien wie ASA™ werden häufig für langlebige Vorrichtungen und Werkzeuge verwendet, die regelmäßiger Handhabung und wechselnden Bedingungen in der Fertigung ausgesetzt sind.
Hochtemperaturpolymere werden für Werkzeuge zum Thermoformen, zum Auflegen von Verbundwerkstoffen und für Umformungsanwendungen eingesetzt, bei denen Temperaturbeständigkeit entscheidend ist. Sie tragen dazu bei, Werkzeuge schneller herzustellen, und unterstützen eine schnelle Kleinserienfertigung.
Die Technologien von Stratasys unterstützen verschiedene Phasen der Automobilentwicklung und -produktion, von der Designvalidierung und der Herstellung von Prototyp-Bauteiln bis hin zu maßgeschneiderten Werkzeugen, Kleinserien-Endbauteilen und der PPAP-konformen Fertigung über Stratasys Direct Manufacturing.
Die FDM-Technologie wird häufig für Funktionsprototypen, Produktionswerkzeuge und langlebige Serienteile eingesetzt. Die technischen Thermoplaste dieser Technologie eignen sich für Automobilanwendungen, die Festigkeit, Formstabilität und zuverlässige Leistung in der Produkionshalle / im Werk / in der Fertigungshalle / in der Fertigungsstätte erfordern. Hersteller nutzen FDM® üblicherweise für Montagevorrichtungen, Halterungen, Greifwerkzeuge und Komponenten in der Kleinserienfertigung.
Die Stereolithographie wird für präzise Prototyp-Bauteile, aerodynamische Modelle und Werkzeuge/Werkzeugbau eingesetzt, die glatte Oberflächen und robuste Maßgenauigkeit erfordern.
Automobilhersteller nutzen unsere Neo®-Systeme während der Fahrzeugentwicklung, um schnellere Tests und Design-Iterationen zu ermöglichen.
Die PolyJet™-Technologie erzeugt hochdetaillierte Prototypen mit glatten Oberflächen, feinen Strukturdetails und realistischen Texturen. Konstruktionsteams in der Automobilindustrie nutzen PolyJet™ für Innenraumkonzepte, Überprüfungen der Passform und Verarbeitung, ergonomische Studien sowie zur Designvalidierung, bei denen Optik und Genauigkeit eine wichtige Rolle spielen.
Die SAF™-Technologie unterstützt die wiederholbare Fertigung von Polymer-Endbauteilen in größeren Stückzahlen. Sie ist für Fertigungsumgebungen konzipiert, in denen Konsistenz, Durchsatz und Wiederholbarkeit der Teile wichtig sind, und eignet sich daher für Kleinserienfertigung und Zwischenfertigungsanwendungen.
Die P3™-Technologie ermöglicht hochpräzise Teile mit robuster Oberflächenbeschaffenheit und feinen Details. Automobilhersteller nutzen P3™ für Prototypen, Werkzeuge und Endbauteile, Produktionsteile sowie Kleinserien, bei denen spritzgussähnliche Qualität erforderlich ist, ohne die Kosten und Vorlaufzeiten des herkömmlichen Werkzeugbaus.
3D-gedruckte Automobilteile werden mit CAD-Software entworfen, die für die additive Fertigung (DfAM) optimiert ist und komplexe, leichtbauorientierte Geometrien ermöglicht. Die Teile werden entweder firmenintern gefertigt, um schnelle Iterationen zu ermöglichen, oder bei Servicebüros für Spezialwerkstoffe bezogen. Um Sicherheit und Konsistenz zu gewährleisten, durchlaufen die Komponenten den Produktionsfreigabeprozess (PPAP), der sicherstellt, dass sie den strengen Standards der Automobiltechnik entsprechen.
Das Design für die additive Fertigung (DfAM) ermöglicht es Ingenieuren, Teile speziell für die additive Fertigung zu entwerfen, anstatt auf herkömmliche Verfahren der Zerspanung, maschinellen Bearbeitung oder des Gießens zurückzugreifen.
Dadurch lassen sich leichter Gewichtsreduzierungen erzielen, mehrere Teile zu einer einzigen Komponente zusammenfassen und komplexere Geometrien erstellen, deren Herstellung mit herkömmlichen Verfahren schwierig wäre.
Software wie GrabCAD Print™ unterstützt Ingenieurteams bei der Vorbereitung, Verwaltung und Überwachung von Arbeitsabläufen in der additiven Fertigung.
Die Software vereinfacht die Druckeinrichtung und trägt dazu bei, die Wiederholbarkeit über verschiedene Drucker, Teams und Produktionsumgebungen hinweg zu gewährleisten.
Einige Automobilhersteller produzieren Werkzeuge und Teile firmenintern / eigen, um schnellere Iterationen und Produktionsflexibilität zu erreichen, während andere Dienstleistungen wie Stratasys Direct Manufacturing für Spezialwerkstoffe, PPAP-Unterstützung, Überbrückungsfertigung und zusätzliche Produktionskapazitäten nutzen.
Viele Unternehmen nutzen je nach Anwendung, Produktionszeitplan und Fertigungsanforderungen eine Kombination aus beidem.
Workflows im Rahmen des Production Part Approval Process (PPAP) tragen dazu bei, sicherzustellen, dass Endbauteile und Produktionsteile für die Automobilindustrie die erforderlichen technischen und fertigungstechnischen Standards erfüllen.
Da die additive Fertigung zunehmend in die Automobilproduktion Einzug hält, helfen PPAP-gestützte Arbeitsabläufe den Herstellern dabei, Konsistenz, Rückverfolgbarkeit und Produktionsqualität zu gewährleisten.
