Großes Potenzial, aber auch hohe Hürden

Wann kommt das immer mal wieder ins Gespräch gebrachte Automobil aus dem 3D-Drucker? Vermutlich nie, zumindest nicht in den nächsten Jahren, sagen Experten. „Auf absehbare Zeit“ werde es ein vollständig gedrucktes Fahrzeug nicht geben, betont, Holger Heyn, Leiter des Bereichs „Zukunftstechnologien Produktion“ im VW-Konzern. Martin Hillebrecht geht noch einen Schritt weiter: „Das macht aus meiner Sicht keinen Sinn“, sagt der 3D-Druck-Experte des Entwicklungsdienstleisters Edag, der seit Jahren den 3D-Druck forciert. Er erwartet, dass der 3D-Druck sich als wichtige Ergänzung zu konventionellen Verfahren etablieren, diese aber nicht überflüssig machen wird.

Dabei richtet sich die Skepsis keineswegs gegen den 3D-Druck, sondern nur gegen übertriebene Erwartungen an die Technologie. Sie kommt zwar für Prototypenteile aus Kunststoff seit mehr als zwei Jahrzehnten zum Einsatz. Aber wenn es um Teile geht, die im Fahrzeug verbaut werden oder gar um Metallteile, steht das Verfahren noch am Anfang seiner Entwicklung.

Doch dort, wo er seine Stärken voll ausspielen und damit die hohen Kosten und den langsamen Prozess rechtfertigen kann, wird der 3D-Druck schon heute sehr geschätzt. Im VW-Konzern werde derzeit „der Großteil der Geräte für Werkzeuge, Vorrichtungen, Betriebsmittel und Prototypenbauteile eingesetzt. Der Anteil von Teilen, der in Kundenfahrzeugen eingesetzt wird, ist derzeit noch sehr klein“, erläutert Holger Heyn. Denn für Werkzeuge und Vorrichtungen ist der 3D-Druck prädestiniert: Es geht um die Herstellung von Einzelstücken. Und per 3D-Druck werden hier Geometrien möglich, die mit anderen Verfahren nicht realisierbar sind, beispielsweise Kühlkanäle in Werkzeugen, mit denen dann Tausende oder Millionen von Bauteilen kostengünstiger oder in besserer Qualität gefertigt werden können. Edag-Experte Hillebrecht nennt hier auch Greifer und Handhabungsvorrichtungen, die durch 3D-Druck leichter werden, weil völlig neue Geometrien möglich werden. Und „ultraleichte Betriebsmittel können in einer Serienproduktion massiv Energie sparen“, so Hillebrecht.

Trotz dieser Vorteile wird die Technik nur in sehr überschaubarem Rahmen eingesetzt. Im gesamten VW-Konzern finden sich bislang – kleine Desktop-Drucker nicht mitgezählt – „mehr als 130“ 3D-Drucker, davon nur etwa zehn Prozent für die Herstellung von Metallteilen.

Im Kundenfahrzeug finden sich aber auch schon einzelne gedruckte Teile, VW Nutzfahrzeuge fertigt Handyhalterungen auf diese Weise billiger als konventionell. Auch Halterungen und Einbauten für Sonderfahrzeuge, etwa für die Polizei entstehen bei VW teilweise per 3D-Druck, ebenso Ersatzteile für ältere Fahrzeuge. Aktuell liege der Fokus auf der Substitution von Bauteilen mit kleinen Stückzahlen und aufwendiger Herstellung. Künftig werden funktionsintegrierte und – etwa durch bionische Strukturen – topologieoptimierte Bauteile stärker an Bedeutung gewinnen.

Die Zahl der Drucker werde sicher weiter steigen. Wie schnell das geschehe, sei „abhängig von der Weiterentwicklung der 3D-Druck-Technologien hinsichtlich Produktivität, Automatisierbarkeit und Senkung der Kosten“, erläutert Holger Heyn. Doch der „Weg zu einer wirtschaftlichen additiven Fertigung insbesondere von metallischen Bauteilen in größeren Serien ist noch weit“, so der VW-Manager.

Wie schnell sich der 3D-Druck weiterentwickeln und industrialisieren lässt, ist schwer vorherzusagen. „Über die zu erwartenden Fortschritte im Bereich des 3D-Drucks sind die Expertenmeinungen auch in unserem Hause durchaus verschieden“, sagt VW-Experte Holger Heyn. Denn eine „hohe Entwicklungsdynamik“ bringe immer neue Verfahren oder Verfahrensvarianten hervor. So scheine eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit um den Faktor fünf bis zehn in den nächsten Jahren realistisch. Audi habe etwa im Metall-3D-Druck-Zentrum zusammen mit dem Anlagenhersteller EOS die Druckgeschwindigkeit durch Optimierung der Prozessparameter vervierfachen können. Auch dann könne allerdings noch nicht von Großserientauglichkeit die Rede sein.

Edag-Experte Martin Hillebrecht sieht ebenfalls noch „massive Hürden“, die für einen großflächigen Einsatz in der Automobilindustrie überwunden werden müssten. So seien die Werkstoffkosten noch zu hoch. Und die Prozesszeiten müssten um den Faktor 100 bis 1000 verkürzt werden. Zwar ist der Druck von Kunststoffteilen schon reif für erste Produktionsanwendungen, wie etwa die Beispiele von VW zeigen. Doch „der metallische 3D-Druck bricht erst jetzt gerade in den industriellen Bereichen durch“, so Hillebrecht. Als Bremse wirkt auch das beschränkte Werkstoffspektrum. Aktuell gebe es noch gar keine „Pendants zu den üblichen Stählen des Karosseriebau, wohingegen die Aluminiumlegierungen die üblichen Gusswerkstoffe bereits recht gut abbilden“. Dennoch hält Hillebrecht bis 2020 die „Kleinserienproduktion von 3D-gedruckten metallischen Bauteilen“ für realistisch, und zwar „hauptsächlich für High-Performance-Fahrzeuge“ wie AMG oder BMW M, bei denen Kunden die Mehrkosten akzeptieren, weil dort ultimativer Leichtbau und außergewöhnliche Optik gefragt seien.

Edag wird bei der IAA weiter für den 3D-Druck trommeln und dort beispielsweise „ein ultraleichtes und intelligentes Haubenscharnier für High Performance Fahrzeuge zeigen, an dem wir eine neue Verzugsoptimierungssoftware erprobt haben und eine neuartige Stahllegierung zum Einsatz kommt“, kündigt Hillebrecht an. Zu sehen ist auch ein Spaceframeknoten, der in einer „ultraflexiblen“ Bauweise durch Drucken, Biegen und 3D-Schneiden entstanden ist.

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