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SLA 3D-Druck in der Automobilindustrie

Zeit schaffen: 01/09/2019

SLA-3D-Druck in der Automobilindustrie In den letzten Jahren haben immer mehr Automobilhersteller den 3D-Druck für das Prototyping und sogar für die Endfertigung verwendet. Zu diesem neuen Trend gehörten auch Branchengrößen wie BMW, Lamborghini und Jaguar Land Rover, die Konstruktionskonzepte, Funktionsprototypen und Fertigteile flexibel und vollständig im eigenen Haus produzierten. Dies ist nicht nur für Designer und für den gesamten F & E-Prozess von Vorteil, sondern kann auch die Kosten erheblich senken und die Markteinführungszeit für neue Designs verkürzen. Bei ProtoFab haben wir mit einer Reihe von Herstellern auf diesem Gebiet zusammengearbeitet und verfügen über umfassende Erfahrung im Bereich des Prototyping von Kraftfahrzeugen. Unter den Herstellern, mit denen wir zusammengearbeitet haben, ist Great Wall Motors, der größte Hersteller von SUVs und Pick-ups in China. Schauen wir uns genauer an, wie wir mit Great Wall zusammengearbeitet haben, um Prototypenteile für das neueste Modell herzustellen.

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

SUV-Auswahl von Great Wall Motors

Die Große Mauer ist für westliche Konsumenten möglicherweise keine der bekanntesten Marken, aber in Bezug auf ihren Umfang ist sie kein Zweifel. Bereits 1998 wurde Great Wall als größter Hersteller von Pick-ups in China etabliert und ihre Marktposition hat sich seitdem nur gestärkt. In den 2000er Jahren konzentrierten sie sich immer mehr auf SUVs und das Havel H6-Modell der Firma ist das meistverkaufte SUV in China. Angesichts der enormen Größe des chinesischen Marktes sind sie einer der größten Automobilhersteller der Welt, und in den letzten Jahren expandierten sie in Übersee. Ihre Pick-ups waren in Australien sehr beliebt, und die Verkäufe der Europäer steigen von Jahr zu Jahr.

Im Jahr 2017 hat Great Wall mit WEY eine separate Premium-Marke auf den Markt gebracht, die sich auf kompakte SUVs konzentriert. Dies ist das Projekt, mit dem wir kürzlich unterstützt haben.

3D Printing car model

ProtoFab spielte 2015 und 2016 eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des WEY VV7 durch Great Wall

Wir haben 2007 mit Great Wall angefangen und bieten seitdem CNC-Bearbeitung und 3D-Druck an. Innovation und Flexibilität gewinnen in der gesamten Fertigung an Bedeutung, und dies gilt sicherlich für die Automobilindustrie. Aus diesem Grund nutzt Great Wall zunehmend flexible additive Fertigungstechniken anstelle herkömmlicherer Verfahren wie der CNC-Bearbeitung.
3D-Druck über den gesamten Produktionszyklus

Der Lebenszyklus eines Automobilteils besteht aus drei Phasen - Forschung und Entwicklung, Produktion und Endanwendung. In jedem Fall kann der 3D-Druck eine Rolle spielen. Schauen wir uns einige der speziellen Möglichkeiten an, wie Hersteller wie Great Wall den 3D-Druck nutzen.

Bewertung von Designkonzepten: Design ist eine der wichtigsten Methoden, mit denen sich Automarken auszeichnen. Daher ist es für den Erfolg eines Fahrzeugs entscheidend, das richtige Styling eines Fahrzeugs zu erreichen. Heutzutage sind viele Modelle verschiedener Marken unter der Karosserie recht ähnlich, konkurrieren jedoch aufgrund des unterschiedlichen Stylings um völlig andere demografische Merkmale. Es ist wichtig, dass Designer in der Lage sind, mit einer Vielzahl von Ideen zu experimentieren und den besten Weg durch Ausprobieren zu finden, anstatt eine Designrichtung gleich zu Beginn des Prozesses bestätigen zu müssen. Wenn das Erstellen von Konzeptmodellen teuer und zeitaufwändig ist, werden die Designteams eher konservative Entwürfe anstreben oder zumindest nicht bereit sein, mit einer Vielzahl von Optionen zu experimentieren. Dank des 3D-Drucks können Design-Prototypen schnell, einfach und kostengünstig erstellt werden, sodass die Designteams eine viel breitere Palette von Lösungen erkunden können.

Designtest: Beim Design geht es nicht nur um Ästhetik, sondern auch um Leistung und Praktikabilität. Bei der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs muss sichergestellt werden, dass das Design jedes Bauteils hinsichtlich seiner strukturellen Festigkeit, seiner Kompatibilität mit den anderen Bauteilen und seiner Gesamtfähigkeit durchgängig ist. Ohne die Möglichkeit, funktionale Prototypen schnell und einfach zu erstellen, müssen einige wichtige Konstruktionsentscheidungen sehr früh im Prozess festgelegt werden, ohne sie ordnungsgemäß zu testen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und Qualitätsproblemen im weiteren Verlauf erheblich. 3D-gedruckte Funktionsprototypen, die schnell produziert und geändert werden können, stellen nicht nur einen schnelleren und bequemeren Entwicklungszyklus dar, sondern führen auch zu einem besseren und sichereren Endprodukt.

Teile mit komplexen Strukturen: Bei komplexen Strukturen kommt der 3D-Druck besonders gut zur Geltung. Dies gilt sowohl für Prototypen als auch für Endteile. Dank des 3D-Drucks können Designer ihre Vorstellungskraft voll ausloten und müssen sich nicht durch die Einschränkungen bei der Herstellung der Teile einschränken lassen. Der 3D-Druck erweitert nicht nur die Möglichkeiten, die möglich sind, sondern macht auch die Herstellung von Bauteilen kostengünstiger, einfacher und schneller.

Teile, die mehr als ein Material verwenden: Bei der Entwicklung eines innovativen Fahrzeugs ist es unvermeidlich, dass einige Komponenten mehrere Materialien verwenden müssen. Dies kann eine Kombination aus Gummi und Kunststoff sein, ein Materialmix in verschiedenen Farben oder ein Mix aus transparenten und undurchsichtigen Materialien. Solche Fälle sind im Automobilbau alltäglich und wir begegnen ihnen regelmäßig. Gegenüber traditionellen Techniken wie dem Zweifarben-Spritzgießen hat der 3D-Druck einige klare Vorteile. Dazu gehören stärkere, zuverlässigere Teile und die Vermeidung teurer Werkzeugkosten.

Leichtbauteile: Die Reduzierung des Gewichts ist in der Automobilindustrie immer wichtiger geworden, da die Hersteller nach immer mehr Effizienz streben. Mit der 3D-Drucktechnologie ist es möglich, hohle Leichtbauteile anstelle von Schaumstofffüllung oder Mucell-Technologie herzustellen. Ein Beispiel für die Gewichtsersparnis des 3D-Drucks ist, dass ein von Toyota hergestellter 3D-bedruckter Kindersitz um 72% leichter als der herkömmliche Sitz ist.

Spezialdruckwerkzeuge drucken: Der 3D-Druck eignet sich nicht nur für die Herstellung von Komponenten und Prototypen, sondern auch für die Erstellung von Werkzeugen mit speziellem Verwendungszweck, die an anderer Stelle im Fertigungsprozess verwendet werden können. Dazu gehören Präzisionsmesswerkzeuge sowie Güsse und Formen.

Nach Marktumstellung: Das Modifizieren von Autos ist ein großes Geschäft, und es gibt keinen Mangel an Menschen, insbesondere jungen Menschen, die sich mit Individualisierung von der Masse abheben wollen. Der 3D-Druck ist dafür perfekt geeignet, so dass wirklich einzigartige Teile zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden können, z. B. Ersatzspoiler, Frontsplitter oder Innenverkleidungsteile.

Nachfolgend finden Sie Beispiele für Autoteile, die wir für Great Wall Motors hergestellt haben:

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
Vordere linke Türverkleidung und Lautsprechernetz 3D, die vom ProtoFab SLA600 mit Formula W Resin gedruckt werden

Detail of the 3d printed Door panel
Detail der Türverkleidung

3d structure
Eine komplexe Grillstruktur haben wir gedruckt

SLA Vs. CNC

SLA Vs. CNC
Die zwei Teile waren im Wesentlichen identisch

Bei der Entwicklung eines neuen Teils oder Produkts sind 3D-Druck und CNC zweifellos eine Überlegung wert, und es gibt Situationen, in denen eine Technik besser geeignet ist als die andere. Was sind die Faktoren, nach denen wir suchen sollten, wenn wir uns für die Entscheidung entscheiden?

CNC am besten für Großserien

Wenn wir nur Toleranzen und die Qualität der Oberfläche berücksichtigen, ist CNC die klare Wahl. Der SLA-3D-Druck ist zwar nicht ungenau, kann aber bei der Bearbeitung glatter Oberflächen nicht mit der CNC-Bearbeitung konkurrieren. Wenn Sie außerdem eine große Anzahl des Teils und nicht nur einen oder zwei Prototypen herstellen müssen, ist CNC definitiv der richtige Weg, insbesondere wenn das Teil einfach aufgebaut ist. Ein weiterer Vorteil der CNC-Bearbeitung liegt in den Werkstoffen. Sie können nahezu jedes Material, einschließlich Holz, Metall und Kunststoffe, CNC-bearbeiten, während der SLA-3D-Druck auf die Verwendung von lichtempfindlichem Harz beschränkt ist. Dies kann formuliert werden, um verschiedene populäre Thermoplaste nachzuahmen. CNC hat jedoch immer einen Vorteil in dieser Hinsicht.

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
Der CNC-Prozess ist unordentlich und ineffizient. In diesem Fall müssen 25 Einzelteile bearbeitet und anschließend zusammengeklebt werden.

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
Alle Teile des CNC-Teils warten darauf, miteinander verklebt zu werden.

SLA flexibel und effizient


Wenn Teile jedoch eine komplexe Struktur haben und nur eine geringe Anzahl erforderlich ist, ist der 3D-Druck eine wesentlich effektivere Lösung. Um die Vorteile des 3D-Drucks für die Automobilindustrie besser zu veranschaulichen, nehmen wir das spezifische Beispiel eines Prototyps einer Motorabdeckung, den wir für Great Wall Motors entwickeln. Wir haben uns entschlossen, dasselbe Teil sowohl im SLA-3D-Druck als auch in der CNC-Bearbeitung herzustellen. Die Ergebnisse waren äußerst interessant. Wir haben festgestellt, dass der 3D-Druck in diesem Bereich und in anderen Bereichen in fast allen Bereichen deutlich besser war.

Beispielsweise könnte das 3D-gedruckte Teil in einem Stück gedruckt werden, während das CNC-bearbeitete Teil in mehreren Teilen hergestellt und anschließend zusammengeklebt werden musste. Dies war viel arbeitsintensiver und es mussten drei Maschinen verwendet werden, um alle 25 Sektionen herzustellen. Es wurden so viele Abschnitte benötigt, da der Werkzeugkopf bei der CNC-Bearbeitung in seiner Bewegung stark eingeschränkt ist und komplexere Formen nicht hergestellt werden können. Darüber hinaus wog das fertige CNC-Teil weniger als 1 kg, wurde jedoch aus einem 27 kg schweren Materialblock ausgeschnitten, was einen erstaunlichen Abfall darstellt. Für den 3D-gedruckten Teil gab es sehr wenig Harzverschwendung und insgesamt war das Teil viel billiger herzustellen.

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
Diese 3D-gedruckte Motorabdeckung wurde als Einzelstück gefertigt.

Die tatsächliche Druckzeit für den SLA-Drucker ähnelte der CNC-Bearbeitungszeit, insgesamt war der CNC-Prozess jedoch viel langsamer. Dies liegt daran, dass für die CNC-Bearbeitung 10 Stunden Vorbereitungszeit erforderlich waren, einschließlich 4 Stunden Analyse und 6 Stunden Konfiguration. Dies ist vergleichbar mit wenigen Stunden Vorbereitung für den 3D-Drucker. Das CNC-Teil erfordert außerdem viel mehr Nachbearbeitung, da es in mehreren Abschnitten produziert wird, während das 3D-Druckteil nur das Standardwaschen und -schleifen erfordert.


Eine zusätzliche Stunde Kleben war für CNC erforderlich

An extra hour of gluing was required for CNC
All die zusätzliche Verklebung beeinflusste das Finish

Insgesamt erwies sich der 3D-Druck als flexibler, schneller, effizienter, billiger und weniger arbeitsintensiv. Im direkten Vergleich mit dem 3D-Druck sind die Nachteile der CNC-Bearbeitung besonders augenfällig, insbesondere die allgemeine Ineffizienz und die mangelnde Flexibilität.

the 3D printed part had a nice clean finish
Im Gegensatz dazu hatte das 3D-gedruckte Teil ein schönes, sauberes Finish

Vergleich beider Techniken:

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
Das letzte Teil des WEY VV7c

3D-Druck und die Zukunft der Automobilindustrie

Unsere Zusammenarbeit mit Great Wall Motors hat dazu beigetragen, den Nutzen des 3D-Drucks im Automobilsektor zu demonstrieren, und wir sind zuversichtlich, dass die additive Fertigung weiterhin traditionelle Fertigungstechniken ersetzen wird. Obwohl die CNC-Bearbeitung für Massenproduktion und bestimmte Funktionsteile immer noch besser ist, hat der 3D-Druck so viele andere Vorteile, dass in den meisten Fällen der 3D-Druck eine einfache Wahl ist. Great Wall konnte die benötigten Prototypen viel schneller und zu wesentlich niedrigeren Kosten als traditionelle Verfahren sowie mit erheblich verbesserter Flexibilität während der gesamten Entwicklungsphase erhalten. Mit diesen Vorteilen ist es klar, dass der 3D-Druck zukünftig das Herzstück der Automobilindustrie sein wird.

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