3D-Druck Youngtimer trifft Zukunft

Ein VW Caddy erhält einen funktionsintegrierten Vorderwagen aus dem 3D-Drucker: Die Unternehmen Altair, AP-Works, CSI Entwicklungstechnik, EOS GmbH, Gerg und Heraeus zeigen am Beispiel der Vorderwagenstruktur eines alten VW Caddy das Potenzial des industriellen 3D-Drucks.

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invenio AG

item Industrietechnik GmbH

MDESIGN Vertriebs GmbH

Altair Engineering GmbH

EOS GmbH Electro Optical Systems

Die Struktur des 3d-gedruckten Vorderwagens ist besonders leicht und gleichzeitig stabil; zudem ist er ausgestattet mit einem hohen Maß an Funktionsintegration, teilen die Unternehmen mit. In dem gemeinsamen Entwicklungsprojekt mit dem Namen 3i-Print wurden alle Schritte der Prozesskette abgedeckt: von Design, Auslegung, Berechnung und Konstruktion bis hin zu Bau und Nachbearbeitung der Baugruppe. Die Umsetzung von der Idee bis zum fertig umgebauten Fahrzeug erfolgte innerhalb von nur neun Monaten.

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Mehrwert additiver Fertigung für Automobilbranche

Der industrielle 3D-Druck, auch als additive Fertigung oder Additive Manufacturing (AM) bezeichnet, soll in den kommenden Jahren ein fester Bestandteil der Serienfertigung werden. Schon heute findet die Technologie Einsatz in zahlreichen Industrien. Die beständige Weiterentwicklung der Produktions- und Konstruktionstechniken mit der additiven Fertigung wird die Technologie in den nächsten Jahren noch kostengünstiger und schneller machen. Der Einsatz des industriellen 3D-Drucks wird damit weiter steigen – auch in der Automobilindustrie.

Konstruktion

Wenn das Auto sich selbst konstruiert

Funktionsintegration als Mehrwert

Damit wirtschaftliche Lösungen gefunden und ein echter Mehrwert erzeugt werden können, müssen die Betrachtungen hinsichtlich additiver Fertigung weit über die Bereiche Strukturmechanik und Leichtbau hinausgehen. So ist die Möglichkeit zur Funktionsintegration – die Realisierung möglichst vieler technischer Funktionen mit möglichst wenigen Bauteilen - und der damit verbundene Mehrwert ein weiterer wesentlicher Vorteil, der den Einsatz von 3D-Druck für die Automobilindustrie auch aus wirtschaftlicher Sicht attraktiv macht. Das Projekt 3i-Print setzt mit dem Caddy-Konzept an diesen Punkten an und möchte aufzeigen, was technologisch in Zukunft möglich ist.

Organisches Design für lasttragende Strukturen

Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung im Automobilbereich, zum Beispiel bei Antrieb und Aktuatoren, waren das Wärmemanagement sowie die Bauraum- und Gewichtsreduzierung entscheidende Punkte für die Konstruktion des innovativen Vorderbaus. Zudem galt es, die strukturellen Anforderungen bezüglich Fahrzeugsicherheit, Leistung und Komfort zu erfüllen.

Entsprechend verfügt der additiv gefertigte Vorderwagen über lasttragende Strukturen mit Details zur aktiven und passiven Kühlung – beispielsweise in Form eines geleiteten Luftstroms für die Kühlung von Batterien und Bremsen. Darüber hinaus wurden Funktionen aus dem Wärmemanagement, der passiven Sicherheit, der Flüssigkeitsspeicherung und andere Funktionen in das organische, lastgetriebene Design des Frontmoduls integriert. So ist der Wischwasserbehälter im Zuge der Topologie-Optimierung direkt in die Vorderwagenstruktur integriert.

Rückblick 2. Anwendertreff Leichtbau

Leichtbau durch Bionik, 3D-Druck und Faserverbunde

Vereinte Expertise entlang der Prozesskette

Mit diesen Zielen vor Augen begannen die Experten der Unternehmen CSI Entwicklungstechnik mit Design, Berechnung und Konstruktion der Vorderwagenstruktur. Das Unternehmen entwickelt für Hersteller und Zulieferer der Automobilbranche hochwertige Module im Karosserie-, Interieur- und Exterieur-Bereich. Die Firma Gerg ist ein Anbieter innovativer Lösungen im Bereich Prototypen und Kleinserien für die Automobil- und Luftfahrtindustrie und übernahm im Zuge des Projektes den Rahmenbau aus den additiv gefertigten Einzelbauteilen.

Leichtbau

Leichtbau per Drag-and-Drop

Bei Auslegung, Berechnung, Simulation und Konstruktion kamen dabei die Software-Lösungen von Altair zum Einsatz, das als führendes Unternehmen die breite Anwendung von Simulationstechnologie entwickelt und unterstützt.

3D-Druck mit EOS-Technologie

Nach erfolgreicher Simulation und Konstruktion des Konzepts erfolgte die finale Auslegung der Bauteile auf den 3D-Druck durch die Firma AP-Works, die ihr Knowhow zur Druckvorbereitung beisteuerte und die additive Fertigung der Strukturelemente umsetzte. Als hundertprozentige Tochter von Airbus ist das Unternehmen mit modernen Fertigungsprozessen vertraut und macht aus der Luftfahrt bewährte Konzepte für verschiedenste Industrien nutzbar.

Für den Bau des Vorderwagens setzte AP-Works auf ein System von EOS, dem Technologieanbieter für den industriellen 3D-Druck von Metallen und Kunststoffen. Für die Produktion der Bauteile lieferte und qualifizierte der Metallpulverspezialist Heraeus die von AP-Works entwickelte technisch hoch-feste Aluminium-Legierung Scalmalloy. AP-Works unterstützte mit der Entwicklung der idealen Parametersätze den Druckprozess auf dem System EOS M 400. Dank additiver Fertigung und innovativem Werkstoff gelang es so, die Möglichkeiten der Funktionsintegration zu demonstrieren, die traditionelle Fertigungsverfahren nicht bieten.

Forum für innovative Prototypenkonzepte

Initiiert von CSI Entwicklungstechnik fungiert das 3i-Print Projekt als agile Engineering-Plattform für Forschung und Entwicklung, auf der Prototypenkonzepte präsentiert werden können. Das Konzept baut auf dem Einsatz neuer Entwicklungswerkzeuge und -Methoden auf, darunter industrieller 3D-Druck. Ziel ist es, so das Potenzial moderner Fertigungsverfahren aufzuzeigen und komplett auszuschöpfen. Das 3i-Print-Projekt ist eine offene Plattform für Zusammenarbeit, mit der neue Ideen schnell umgesetzt werden können.

Future-Caddy live zu sehen

Zu sehen ist der Caddy unter anderem auf der Converge 2017 in Essen und der formnext 2017 in Frankfurt. (mz)

Converge 2017

Die Grenzen zwischen Design und Technologie überwinden

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