Die Metall-3D-Drucktechnologie hat wichtige Anwendungsperspektiven im Bereich der Automobilherstellung. Es kann nicht nur schnell Prototypen herstellen, den Entwicklungsprozess neuer Autos beschleunigen, sondern auch kleine Teileserien direkt produzieren, die Lieferkette verkürzen und Kosten senken und wird so zu einer wichtigen Komplementärtechnologie in der Automobilindustrie.
Darüber hinaus sind die einzigartigen Vorteile von 3D Druck Bei der Herstellung komplexer Teile tragen sie dazu bei, die Struktur von Automobilkomponenten zu vereinfachen, Gewicht zu reduzieren und Material einzusparen. Obwohl die Technologie das Potenzial hat, schneller und wirtschaftlicher zu sein und komplexere Komponenten herzustellen, ist ihre breite Anwendung im Bereich der Automobilherstellung bisher noch begrenzt. In Zukunft können nur Technologien mit effizienteren, wirtschaftlicheren und flexibleren Fertigungsmöglichkeiten wirklich zum Mainstream-Verfahren der Automobilherstellung werden.
3D-Druck in der heutigen Automobilindustrie
In der heutigen Automobilindustrie 3D-Drucktechnologie wurde ursprünglich nicht direkt von den Automobilherstellern übernommen, sondern zunächst von der von ihnen gesponserten Flotte angewendet. Seit Jahrzehnten betrachten viele Unternehmen, von Ford bis Ferrari, den Rennsport als Brutstätte zum Testen neuer Technologien. Heutzutage sind viele serienmäßige Fahrzeugfunktionen wie regenerative Bremssysteme, Knopfzündsysteme und sogar Rückspiegel in Hybridfahrzeugen auf die Innovationen dieser Rennwagen zurückzuführen. Gleiches gilt für die 3D-Drucktechnologie, insbesondere den Metalldruck. Formel-XNUMX-Teams, World Endurance Challenge-Teams, Formel-E-Teams und andere haben alle die Vorteile der additiven Fertigung erlebt, einschließlich schneller Designiterationen, Rapid-Prototyping-und Leichtbaukomponenten, die alle die Fahrzeugleistung auf der Rennstrecke verbessern können.
Warum wurde der 3D-Druck trotz so vieler Fertigungsvorteile bei Automobilherstellern nicht weit verbreitet? Dies kann daran liegen, dass die Einführung neuer Technologien komplexe Anpassungen und Investitionen im gesamten Produktionsprozess mit sich bringt. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Reife der Technologie wird jedoch erwartet, dass Automobilhersteller nach und nach den potenziellen Wert des 3D-Drucks erkennen, einschließlich schnellerer und flexiblerer Herstellungsprozesse sowie der langfristigen Vorteile von optimiertem Design und leichten Komponenten. Daher wird erwartet, dass die 3D-Drucktechnologie in Zukunft in der Automobilindustrie stärker zum Einsatz kommt.
Derzeit sind die Arten von Materialien, die mit der 3D-Drucktechnologie kompatibel sind, relativ begrenzt. Nehmen wir zum Beispiel Kunststoffe: Die meisten derzeit zum Formen verfügbaren Materialien können nur begrenzte Anforderungen erfüllen. Für Automobilhersteller mit höheren Anforderungen an die Anwendungen können bestehende Materialien nicht einmal Labortests bestehen.
Die Rohstoffkosten der Technologie sind extrem hoch, selbst nach erheblichen Preissenkungen beträgt der Preis für Metallpulver immer noch Hunderte oder sogar Tausende Yuan pro Kilogramm, was dazu führt, dass die Kosten für fertige Teile möglicherweise Hunderte bis Tausende Yuan pro Kilogramm erreichen. Für eine Großserienfertigung ist das zu aufwendig.
Obwohl der 3D-Druck in der Automobilindustrie einige Erfolge erzielt hat, insbesondere im Rennsport, wo er den hohen Kosten für den Druck komplexer Komponenten standhalten kann, um den Sieg zu erringen, kann er nur mit kostengünstigerer Technologie auf ein breiteres Spektrum von Herstellungsprozessen ausgeweitet werden. Derzeit werden die meisten Komponenten noch mit traditionellen Methoden hergestellt, z Druckguss, CNC-Bearbeitungund Stempeln.
Selektives Laserschmelzen (SLM)
Die selektive Laserschmelztechnologie gilt als besser geeignet für Anwendungen in kleinen Mengen und mit hohem Wert. Diese Technologie wird im Bereich der Automobilherstellung häufig eingesetzt, indem mithilfe von Lasern Metallpulver Schicht für Schicht geschmolzen wird, um Metallteile schnell und präzise herzustellen. Automobilhersteller wie BMW, Ford, Volkswagen und Mercedes Benz haben bei der Einführung dieser Technologie große Erfolge erzielt und unter bestimmten Bedingungen eine Massenproduktion erreicht. Die meisten dieser erfolgreichen Fälle beschränken sich jedoch auf High-End-Marken und das gesamte Produktionsvolumen ist immer noch begrenzt.
Dieses Phänomen lässt sich auf die Einschränkungen der selektiven Laserschmelztechnologie hinsichtlich Kosten, Materialien und Geschwindigkeit zurückführen. Die Ausrüstung zum selektiven Laserschmelzen erfordert eine enorme Vorabinvestition, wobei die Gesamtkosten des Systems bis zu 2 Millionen US-Dollar oder mehr betragen. Der Umfang der Produktion von 1 Tonne Teilen pro Jahr rechtfertigt die Kosten nicht. Darüber hinaus macht der 3D-Druck zwar die Herstellung von Metallteilen flexibler, das Drucken ist jedoch nur der erste Schritt im gesamten Herstellungsprozess, und nachfolgende Nachbearbeitungsprozesse wie das Entfernen von Stützen erhöhen die Kosten der Teile weiter.
Obwohl die selektive Laserschmelztechnologie im Automobilbereich erhebliche Fertigungsvorteile wie Integration, hohe Präzision und komplexe Fertigung gezeigt hat, sind aus dieser Technologie alle eine Reihe hochwertiger Anwendungen hervorgegangen. Allerdings sind diese Anwendungen im Allgemeinen begrenzt und hauptsächlich auf High-End-Marken beschränkt, was es schwierig macht, die Nachfrage der Automobilindustrie nach einer kostengünstigen Großserienfertigung zu erfüllen.
Desktop-Metall-3D-Druck basierend auf Extrusion
Die Desktop-3D-Drucktechnologie für Metall basiert auf extrudierten Desktop-3D-Metalldruckern mit einem praktischen Design für den Bürogebrauch, vermeidet potenzielle Risiken durch Staub und Lasereinwirkung und bietet eine benutzerfreundlichere End-to-End-Lösung.
Für Benutzer in den frühen Phasen der Entwicklung und Herstellung neuer Autos sind Desktop-3D-Metalldrucker im Vergleich zu herkömmlichen Pulverbettgeräten kostengünstiger und bequemer zu bedienen. Diese Art von System kann schnell eine große Anzahl von Prototypenteilen intern produzieren, verschiedene Designkonzepte schnell überprüfen, neue strukturelle Möglichkeiten erkunden und so im langen und teuren Designzyklus Zeit und Kosten sparen. Dies senkt nicht nur die Entwicklungskosten, sondern ermöglicht Unternehmen auch einen schnelleren Übergang von der Entwurfs- und Validierungsphase zur Produktion und beschleunigt so die Produkteinführung. Die flexible Bedienbarkeit trägt außerdem dazu bei, Kosten zu senken, Materialverschwendung zu reduzieren und den Bedarf an Fachpersonal für die Maschinenbedienung zu eliminieren.
Derzeit sind Marken wie Desktop-Metall, Erhöhen3D, Stratasys, MarkForged, Ultimaker, Prusa usw. repräsentieren das technologische Niveau des Desktop-Extrusionsmetall-3D-Drucks.
Am Beispiel von Fahrwerkskomponenten in der Automobilindustrie, etwa dem Querlenker des Federungssystems. Diese Querlenker spielen eine entscheidende Rolle bei der Fahrzeugbewegung und ihre innere Struktur ist komplex. Die herkömmliche Fertigung erfordert den Zusammenbau mehrerer Komponenten, während Desktop-3D-Drucker aus Metall Komponenten in einem einzigen Schritt drucken können, wodurch die Lieferzeit verkürzt und die Kosten gesenkt werden.
Binder-Jetting-Metall-3D-Druck
Die Binder-Jetting-3D-Drucktechnologie für Metall hat aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile bei der Massenproduktion von Teilen Aufmerksamkeit erregt. Eines der bemerkenswerten Merkmale dieses Verfahrens ist seine Fähigkeit, eine effiziente Massenproduktion von 3D-Metalldrucken zu erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Laser-3D-Druckern sind Geräte, die auf dem Binder-Jetting-Verfahren basieren, nicht nur kostengünstiger, sondern haben auch eine schnellere Druckgeschwindigkeit und können sogar das Dutzende oder sogar Hundertfache der Geschwindigkeit von Laser-Pulverbettschmelzgeräten erreichen.
Mittlerweile ist das verwendete Material traditionell Metallspritzguss (MIM)-Pulver, das günstiger als kugelförmiges Pulver ist und die Herstellungskosten der Teile erheblich senkt. Obwohl die Leistung des Klebstoffspritzverfahrens etwas geringer ist, schneidet es hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit hervorragend ab und kann ein mit Spritzgussteilen vergleichbares Niveau erreichen. Daher eignet sich diese Technologie besser für die Herstellung großformatiger Teile.
Derzeit beschleunigen große Automobilhersteller die Einführung der Binder-Jetting-3D-Drucktechnologie für Metall. Einige führende Entwickler von Binder-Jetting-Metall-3D-Druckern haben mit großen Marken in der Automobilindustrie zusammengearbeitet.
Wie gelingt es also mit diesen drei 3D-Drucktechnologien, eine Massenproduktion von Tausenden bis Hunderttausenden Komponenten zu erreichen?
Vor der Großserienproduktion wird in der Regel eine Kleinserienproduktion zur Markterprobung durchgeführt. Die Binder-Jetting-3D-Drucktechnologie für Metall spielt aufgrund ihrer Vorteile einer formlosen Herstellung, die Formen überflüssig macht, eine wichtige Rolle in der Großserienproduktion. Dadurch können Ingenieure verbesserte Designs effizient für die Produktion nutzen, mit hohen Druckgeschwindigkeiten und der Möglichkeit, Tausende von Komponenten gleichzeitig zu produzieren. Gleichzeitig können die selektive Laserschmelztechnologie und der extrusionsbasierte Desktop-Metall-3D-Druck auf Extrusionsbasis kleine Chargenanforderungen in den frühen Phasen der Produktion erfüllen, indem sie an verschiedene Flexibilitätsmaßstäbe angepasst werden können. Die Laser-Pulverbett-Schmelztechnologie eignet sich aufgrund ihrer hohen Präzision und komplexen Fertigungseigenschaften für die Herstellung hochwertiger Markenkomponenten, während der Desktop-Metall-3D-Druck auf Basis der Extrusion in den frühen Phasen der Entwicklung und Herstellung neuer Autos einen kostengünstigen und schnellen Vorteil bietet . Insgesamt bietet der umfassende Einsatz dieser drei Technologien in der Großserienfertigung flexibler, effizienter und kostengünstiger Lösungen für die Automobilindustrie.
FAQ
Zu den im Bereich des 3D-Drucks häufig verwendeten Metallen gehören unter anderem Titan, Aluminium, Edelstahl und Nickellegierungen. Diese Metalle werden aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften wie hoher Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringem Gewicht bevorzugt, wodurch sie für verschiedene Anwendungen in allen Branchen geeignet sind.
Zu den primären 3D-Druckverfahren, die zum Drucken von Metallen eingesetzt werden, gehören Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM) und Binder Jetting. Diese Methoden nutzen unterschiedliche Ansätze, um eine additive Metallfertigung zu erreichen, von denen jeder seine eigenen Vorteile und Überlegungen hat.
Dieser Artikel wurde von Ingenieuren des BOYI TECHNOLOGY-Teams verfasst. Fuquan Chen ist ein professioneller Ingenieur und technischer Experte mit 20 Jahren Erfahrung im Rapid Prototyping sowie in der Herstellung von Metallteilen und Kunststoffteilen.
