Additive Fertigung Ford steigt in großformatigen 3D-Druck ein

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Ford Motor Company blickt auf 30 Jahre Erfahrung im Bereich der additiven Fertigung zurück. Ihre Werkzeuge hat Ford mit der additiven Fertigung im Großformat auf 3D-Druckern von BigRep mit einer um 94 % kürzeren Durchlaufzeit optimiert.

Als Erfinder des Fließbands in der Automobilindustrie ist es keine Überraschung, dass Innovation bei Ford an erster Stelle steht. Seit mehr als einem Jahrhundert ist die Ford Motor Company einer der Hauptakteure, wenn es darum geht, den technologischen Fortschritt für Innovationen in der Automobilindustrie zu nutzen. Tatsächlich kaufte Ford seinen allerersten 3D-Drucker, als die Technologie noch in den Kinderschuhen steckte. Das Unternehmen besaß 1986 den dritten SLA-3D-Drucker, der jemals hergestellt wurde, und so begann seine Reise hin zur Entwicklung von Automobilinnovationen mit Hilfe des 3D-Drucks.

3D-Druck als 'echte' Fertigungstechnik wird immer relevanter

1995 öffnete Ford die Türen zu seiner einzigen Forschungseinrichtung außerhalb der USA - Ford Research & Advanced Engineering Europe, die sich der Entwicklung der nächsten Ford-Fahrzeugreihe widmet. Diese Einrichtung ist innovativ, indem sie die Technologie der additiven Fertigung für ihre Fertigungsprozesse einsetzt.

Im Laufe der Jahre ist das Interesse und die Investition in den 3D-Druck bei Ford stark angestiegen, und in letzter Zeit sind sie sogar noch größer geworden. „3D-Druck ist keine neue Technologie, Ford nutzt sie schon seit Jahrzehnten, aber in den letzten Jahren wurde der 3D-Druck als 'echte' Fertigungstechnik immer relevanter“, sagt Lars Bognar, Forschungsingenieur für Advanced & Additive Manufacturing bei Ford Research & Advanced Engineering, Europe. „Deshalb wurden die Forschungsaktivitäten von Ford auf diesem Gebiet verstärkt. Jetzt spielt der 3D-Druck eine große Rolle“, fügt er hinzu.

Ford begann mit dem SLA-3D-Druck und nahm nach und nach weitere additive Technologien in das Portfolio auf. Der nun erweiterte Bestand an Technologien umfasst SLA-, SLS-, FFF- und L-PBF-3D-Druckverfahren und wächst weiter, um den Fertigungsanforderungen des Unternehmens gerecht zu werden. Im Jahr 2017 hat Ford Research & Advanced Engineering, Europe seine FFF-3D-Druckerflotte um zwei große neue Geräte erweitert: den BigRep One und den BigRep Pro. Diese beiden 3D-Drucker sind ständig im Einsatz, um alltägliche Forschungs- und Automobilproduktionsbedürfnisse wie Vorrichtungen, Werkzeugprototypen und Produktionsausrüstung zu produzieren. Die Materialpalette dieser beiden 3D-Drucker umfasst PLA, PA6/66 und TPU 98A, die für das Team bei Ford besonders nützlich sind, da sie den spezifischen Anforderungen im Fertigungsprozess gerecht werden.

190 Vorrichtungen für einen einzigen Prototypen

Bevor sich Ford der großformatigen additiven Fertigung zuwandte, sah man sich mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert: lange Produktionszeiten, langwierige Iterationszyklen, teure und komplizierte Fertigungstechniken, um nur einige zu nennen. Vor der Investition in die additive Fertigung im Großformat mussten Schweißvorrichtungen bei Ford aus Metall in einem stark manuellen Bearbeitungsverfahren gefertigt werden. Ford benötigt ca. 190 Vorrichtungen für einen einzigen Prototypen (ohne jegliches Potenzial einer Wiederverwendung), und Durchlaufzeiten für maschinell bearbeitete Vorrichtungen betrugen oft bis zu drei Wochen. Manuelle Verfahren sind oft extrem zeitaufwändig, woraus potenziell große Engpässe für die Design- und Produktionsverfahren resultieren können. Selbst wenn die Vorrichtungen fertig waren, musste das Team bei Ford sich um den Auf- und Abbau kümmern, der sich bei schweren maschinell gefertigten Metallteilen als arbeitsintensiv erwies. So führte der manuelle Prozess zur Herstellung von Schweißvorrichtungen zu Engpässen in den Arbeitsabläufen.

Herkömmliche Vorrichtungen werden zur Messung der Präzision und zur Qualitätssicherung eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Produkte bestimmte Spezifikationen erfüllen, die eine Produktionszeit von 8 bis 10 Wochen erfordern, welche sich manchmal durch zwischenzeitlich eingereichte Iterationen noch weiter verlängern kann. Bei der Herstellung komplexer Komponenten, die viel Prototypenbau erforderten, waren oft lange Iterationszyklen nötig, bevor das endgültige Design feststand. Wenn ein bestimmtes Bauteil für Tests fehlte, war der Versand zeitaufwändig und teuer, und manchmal war ein Ersatzteil erforderlich.

Vorlaufzeit bei 3D-gedruckten Vorrichtungen um 94 % gesunken

Nach der Einführung der 3D-Drucktechnologie von BigRep bei Ford konnten jedoch der Zeitaufwand und die hohen Kosten weitgehend reduziert werden. Ford kann nun spontan und kostengünstig Vorrichtungen erstellen, was die Vorlaufzeiten verkürzt und Fachkräfte für wichtigere Aufgaben freistellt. Eigene 3D-gedruckte Vorrichtungen werden nun in nur 2 bis 3 Tagen realisiert, was einer Verkürzung der Durchlaufzeiten von 94% entspricht. So konnten z.B. durch eine sehr viel breitere Implementierung von 3D-gedruckten Positionierungshilfen die Genauigkeit und Geschwindigkeit von händischen Positionierungsaufgaben in diesen Linien verbessert werden.

Diese Vorrichtungen werden nun mit leichtgewichtigem thermoplastischem Material anstatt mit traditionellen Metallen hergestellt. Somit konnte das Gesamtgewicht der Vorrichtungen massiv verringert werden.

Der großformatige 3D-Druck hat es Ford außerdem ermöglicht, das Prototyping und die Herstellung von Modellen zu beschleunigen. Diese Fähigkeit war von unschätzbarem Wert für das Testen und Wiederholen komplexer Komponenten und Teile. Und in Situationen, in denen bestimmte Teile nicht für Tests zur Verfügung stehen, füllen 3D-gedruckte Mockups die Lücke und sorgen dafür, dass alle Prozesse planmäßig verlaufen.

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Ford investierte zunächst in den BigRep One, um die Abläufe im Unternehmen zu rationalisieren. In Verbindung mit umweltfreundlichen Praktiken wie dem Recycling gebrauchter Werkzeuge führte dies zu einer raschen Amortisierung der Investition und eröffnete das Potenzial, weitere Anwendungen für diesen 3D-Drucker zu erforschen.

„Nach den ersten erfolgreich umgesetzten Anwendungen sprach sich die gute Nachricht intern sehr schnell herum“, so Bognar. „Da Ford ein großes Unternehmen mit vielen verschiedenen Abteilungen ist, läuft die Maschine jetzt rund um die Uhr. Deshalb haben wir den BigRep Pro gekauft.“

Die Erweiterung um eine weitere BigRep-Maschine, den BigRep PRO, verstärkte die Vorteile, die Ford ursprünglich von der ersten Maschine hatte. Diese neue Anlage behält die umfangreiche Produktionskapazität bei und bietet gleichzeitig verbesserte Funktionen. Die BigRep Pro ist in der Lage, abrasive, hochwertige technische Materialien zu drucken. Das Gerät ist maßgeschneidert für die Herstellung von Funktionsprototypen, Verbundwerkzeugen und Endprodukten und passt perfekt zu den Anforderungen von Ford.  (jup)

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