3D-Druck beflügelt die Innovation in Chinas Nutzfahrzeugindustrie

Der chinesische Nutzfahrzeugmarkt macht über 40 % des weltweiten Gesamtabsatzes aus. Entscheidend für den Erfolg Chinas ist die Bereitschaft der Branche, neue bahnbrechende Technologien wie den industriellen 3D-Druck zu übernehmen, um den Weg für eine neue Fertigungsgeneration bei Nutzfahrzeugherstellern wie CNHTC zu ebnen.

Am Steuer dieses Wandels sitzt Dr. Dong, ein visionärer Ingenieur, der bei CNHTC, dem drittgrößten Nutzfahrzeughersteller des Landes, eines der größten 3D-Druckzentren Chinas eingerichtet hat.

Da die Binnennachfrage nach Nutzfahrzeugen in China bis 2028 jährlich um 10 % steigen soll, konnten sich Dr. Dong und sein Team nicht mehr ausschließlich auf traditionelle Fertigungsmethoden verlassen, um den sich ständig weiterentwickelnden Anforderungen der Branche gerecht zu werden.

Das Unternehmen ist dank des industriellen 3D-Drucks in der Lage, den Prototypenbau und die Produktionsprozesse für seine Schwerlastkraftwagen, Speditions- und Transportfahrzeuge zu verbessern.

CNHTC setzt auf das offene 3D-Drucksystem

Für Dr. Dong geht es beim 3D-Druck vor allem darum, neue Anwendungen und Materialien zu erforschen, die für die Innovation der Technologie grundlegend sind. Während einige Anbieter von 3D-Druckern nur geschlossene Material- und Softwaresysteme verkaufen, die die Anwendungsfreiheit einschränken, sind industrielle 3D-Drucker, wie die von BigRep, offen für Innovationen. Dank der Möglichkeit, jedes beliebige 3D-Druckfilament und jede beliebige Software zu verwenden, konnten die Designer und Ingenieure von CNHTC jedes technisch kompatible Material nutzen.

Außerdem war CNHTC dadurch in der Lage, Kosten zu sparen, denn wenn Unternehmen normalerweise an die Materialien des 3D-Druckeranbieters gebunden sind, müssen sie auf Anwendungen verzichten, den Druck auslagern oder, wenn das Teil die Investition rechtfertigt, einen neuen 3D-Drucker kaufen, der jedes Material unterstützt. CNHTC hatte auch eine bessere Kapitalrendite, da das Unternehmen entdeckte, dass das Gerät für neue Anwendungen mit anderen Materialien verwendet werden kann.

CNHTC -Dr. Dong with a 3D print

Erklärt Dr. Dong

Ein quelloffener 3D-Drucker wie der BigRep PRO ist für unseren Arbeitsablauf unerlässlich: Quelloffene Materialien senken nicht nur die Produktionskosten, sie ermöglichen es uns auch, verschiedene Materialmöglichkeiten zu erforschen, um eine beliebige Anzahl von gewünschten Ergebnissen zu erzielen.

Kosten- und Zeitersparnis durch Rapid Prototyping

Da sich CNHTC beim Prototypenbau traditionell auf die CNC-Bearbeitung und das Fräsen verließ, waren die Test- und Iterationsphasen langwierig und dauerten oft Wochen. Infolgedessen beeinträchtigte dieser langsame Prozess die Fähigkeit des Unternehmens, innerhalb seines Designteams Innovationen zu entwickeln.

Der 3D-Druck ermöglicht es unseren Designern und Ingenieuren, iterative Optimierungen mit viel kürzeren Durchlaufzeiten durchzuführen: Wir können die Formherstellung vollständig umgehen und direkt 3D-gedruckt Oberflächen und Strukturen herstellen, die mit den herkömmlichen Verfahren nicht möglich wären.”

kommentiert Dr. Dong.

CNHTC 3d printed parts

Mit der Einführung des 3D-Drucks hat sich der Arbeitsablauf bei CNHTC komplett verändert. Dr. Dong und sein Team brauchen jetzt nur noch wenige Tage und nicht mehr Wochen, um digitale Entwürfe in funktionale Teile zu verwandeln. Durch diese Effizienz konnten schnellere Iterations- und Feedback-Zyklen eingeführt werden, die es dem Designteam letztendlich ermöglichen, Produkte zu entwickeln, die den aktuellen Marktanforderungen besser entsprechen.

3D-Druck in großem Maßstab für Schwerlastwagen

Während frühere Generationen und einige der aktuellen 3D-Drucker ein kleineres Format haben, das die Größe der Teile einschränkt, haben Dr. Dong und sein Team den industriellen 3D-Druck mit dem BigRep PRO übernommen, um große Einzelteile zu produzieren, die für Nutzfahrzeuge geeignet sind.

Nach dem Vorbild europäischer Nutzfahrzeugspezialisten wie Zoeller Kipper werden große 3D-gedruckte Teile wie kundenspezifische Verkleidungen und Abdeckungen als Endverbraucherkomponenten in die Nutzfahrzeuge von CNHTC integriert.

The BigRep PRO at the 3D printing CNHTC center

"Die Qualität der größeren gedruckten Teile ermöglicht es uns, sie direkt in unsere Fahrzeuge zu integrieren", sagte Dr. Dong. "Das erhöht nicht nur die Produktionseffizienz, sondern ermöglicht es uns auch, besser auf die Anforderungen des Marktes zu reagieren."

Das hohe Maß an Präzision und Maßhaltigkeit der großen, robusten Drucke erfüllt den Bedarf von CNHTC an qualitativ hochwertigen, funktionalen Teilen für den Endverbraucher. Das Drucken großer Teile hilft CNHTC, den zeitaufwändigen und manuellen Prozess der Montage kleinerer Teile, die bei der Montage Fehler aufweisen könnten, zu vermeiden.

Die Zukunft des 3D-Drucks bei Nutzfahrzeugen

"Seitdem wir den 3D-Druck in unsere täglichen Arbeitsabläufe integriert haben, konnten wir bei unseren bisherigen Projekten eine bemerkenswerte Zeit- und Kostenreduzierung von 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden verzeichnen", freut sich Dr. Dong.

The future of heavy duty vehicle customization with 3D printing for CNHTC

Dr. Dong ist von diesem Zukunftskonzept überzeugt und rechnet mit einem noch größeren Potenzial für die Integration von 3D-gedruckten Teilen direkt in die Produktionsanlagen von CNHTC. Er kommentiert: "Was mich am meisten begeistert, ist die Möglichkeit, mit Hilfe des 3D-Drucks mehr Chargen von Endverbrauchsteilen herzustellen, die direkt für die Fertigung verwendet werden können."

"Der 3D-Druck bei Nutzfahrzeugen ist eines der bedeutendsten technologischen Ereignisse in der Automobilindustrie. Der Markt hat sich zum Positiven verändert. Und wir nutzen dies zu unserem Vorteil", resümiert Dr. Dong.

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WIE DER 3D-DRUCK DIE MARKTEINFÜHRUNGSZEIT VERKÜRZT UND DIE INDIVIDUELLE ANPASSUNG VON NUTZFAHRZEUGEN ERMÖGLICHT

Über den Autor:

Patrick McCumiskey <a style="color: #0077b5" href="https://de.linkedin.com/in/patrick-mccumiskey-b41a2699" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Patrick McCumiskey

Autor

Patrick hat mehr als zehn Jahre Erfahrung im Verfassen von Texten über Design und Technologien. Nachdem er zum ersten Mal bei einem Projekt während seines Masterstudiums für Design mit dem 3D-Druck in Berührung gekommen war, interessierte er sich sehr für die Entwicklung des Verfahrens und seine Auswirkungen auf die Bereiche Design und Technik.

Symbiose von Kunst und Technologie durch großformatigen 3D-Druck

Large-format 3D printed art sculpture by Welly Fletcher

Zeitgenössischer US-Künstler Welly Fletcher schlägt mit einer großformatigen mit BigRep ONE gedruckten 3D-Skulptur eine Brücke zu prähistorischer Höhlenkunst.

Vor 40.000 Jahren schnitzte ein in Höhlen lebender Homo sapiens mit primitiven Meißeln und Werkzeug die Skulptur eines Löwenmenschen in einen Stoßzahn aus Elfenbein.

Die vor knapp 100 Jahren in einer süddeutschen Höhle entdeckte Skulptur ist das früheste bekannte Beispiel für die Kunst des Homo sapiens - und führt uns die außergewöhnlichen kognitiven Eigenschaften vor Augen, die es unserer Spezies ermöglicht haben, Gesellschaftsformen, Religionen und Technologien zu entwickeln.

Nachdem der in Albuquerque lebende Künstler Welly Fletcher die prähistorische Skulptur im Ulmer Museum in Deutschland aus erster Hand gesehen hatte, wurde er dazu inspiriert, eine Skulptur für seine neueste Ausstellung SLANT in der Richard Levy Gallery in New Mexico zu erschaffen, mit der er die historische Symbiose von Kunst, Technologie und der verwandtschaftlichen Verbundenheit unserer Spezies mit Tieren untersucht.

Erweiterung der Palette um 3D-Druck

Das Herzstück von Fletchers Skulptur „Trans Time“ misst 0,9 × 2,1 × 0,7 m (36 × 86 × 28 Zoll) und ist eine abstrakte Darstellung eines löwenartigen Tieres, das mit dem großformatigen BigRep ONE 3D-Drucker gedruckt wurde.

Das Werk begann als Tonmodell des Künstlers, wurde anschließend digital gescannt und schließlich als 3D-Druckobjekt mit dem BigRep ONE 3D-Drucker des Art Lab der Universität von New Mexico hergestellt.

“Je mehr ich lernte und mit dem 3D-Drucker experimentierte, desto faszinierender wurden die Ergebnisse”

so Fletcher, der an der Universität von New Mexico Bildhauerei und digitale Technologie lehrt.

Trans Time, a large format 3D printed sculpture by Welly Fletcher printed on the BigRep ONE

Als eine Hommage an die Art und Weise, wie die Originalskulptur des Löwenmenschen im Ulmer Museum in Deutschland präsentiert wird, sitzt Fletchers 3D-gedruckte Tierkopfskulptur stolz auf dem Umriss eines Tierskeletts aus Stahl, das wiederum auf einem plasmageschnittenen Stahlsockel befestigt ist.

Die orangefarbene Skulptur ist in ihren Dimensionen sowohl visuell als auch physisch beeindruckend. Fletchers bewusste Wahl des Biokunststoffs PLA passte perfekt zum Thema der Ausstellung über die Verwandtschaft zwischen Mensch und Tier und den Widerstand des Körpers gegen die Umweltzerstörung unserer Spezies. Der Verzicht auf Kohlenstoffprozesse und giftige Öle in PLA unterstreicht die Aussagekraft des Kunstwerks und verdeutlicht die komplexe Beziehung unserer Spezies zu unserem Planeten.

“Als ich begann, über die nicht-kohlenstoffbasierten Prozesse von PLA zu lesen, war ich noch mehr von dessen Fähigkeit überzeugt, den Umweltaspekt meiner Arbeit zu betonen”

erklärt Fletcher, der diesen formbaren Biokunststoff vor kurzem in seine Materialpalette aufgenommen hat.

Großformatiger 3D-Druck für überdimensionale Skulpturen

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Fletcher war außerdem bestrebt, die praktischen Vorteile der Einbeziehung des BigRep One Druckers in seinen künstlerischen Prozess hervorzuheben.

Während Künstler und ihre Teams sich üblicherweise mit zahlreichen logistischen Hürden beim Transport und der Montage schwerer Einzelteile konfrontiert sehen, ermöglichte es der BigRep One 3D-Drucker es Fletcher, die gesamte „Trans Time“-Skulptur als ein einheitliches Ganzes zu drucken und so die Komplexität von Produktion und Montage zu minimieren.

Fletcher beschrieb die Erfahrung als prägend und betonte, dass der nahtlose Druck der gesamten Skulptur eine bedeutende Veränderung in seinem künstlerischen Schaffensprozess darstellt.

Während die Originalskulptur aus der Höhle ein Zeugnis für die Vorstellungskraft des frühen Homo sapiens ist, machten die primitiven Werkzeuge dieser Ära ihre Fertigung zu einer komplexen und zeitaufwändigen Aufgabe. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass eine Gruppe von Menschen etwa 400 Stunden für die Ausführung benötigt hätte.

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Dank BigRep One haben zeitgenössische Künstler nun jedoch die Möglichkeit, mühelos viel größere und komplexere Formen auf Knopfdruck herzustellen - ein Gefühl, das die fortwährende Alchemie des Mediums Skulptur weiter unterstreicht.

„Der 3D-Druck bietet Bildhauern einen großen Vorteil“, merkt Fletcher an. „Er ermöglicht die Herstellung von Objekten, die von Hand einfach nicht machbar sind. Das fertige Objekt vor unseren Augen entstehen zu sehen, hat etwas Magisches an sich.“

Analoge Wurzeln in einer digitalen Welt

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Fletchers Skulptur Trans Time hat eine beruhigende Zirkularität an sich. Einerseits lenken ihre prähistorischen Konnotationen unsere Aufmerksamkeit auf die Elastizität der Zeit und die Allgegenwart menschlicher Kreativität. Andererseits werden wir an die kraftvolle Symbiose zwischen Kunst und Technologie erinnert und gewinnen dank der Verwendung von umweltfreundlichen Materialien in der Skulptur einen überwältigend positiven Eindruck unserer Spezies.

Da digitale Technologien wie der 3D-Druck für die Bildhauerei von unschätzbarem Wert sind, ist Fletchers Rat an Künstler, die den 3D-Druck in ihre Arbeit einbeziehen möchten, einfach: Lasst das Verfahren die Ergebnisse bestimmen.

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Ob bildende Kunst, Ausstellung im Museum oder innovative Installation, die 3D-Drucker von BigRep sind für großformatige kreative Projekte unverzichtbar.

3d-printed-exhibition-displays

GRENZENLOSE KREATIVITÄT FÜR
3D-GEDRUCKTE AUSSTELLUNGEN

  • Schaffung grenzenloser Kreativität durch das Bauvolumen von 1m3.
  • Einhaltung enger Fristen durch die Vermeidung manueller Arbeit.
  • Reduzierung von Materialverbrauch und Einsparung von Kosten bei Facharbeitern.

Über den Autor:

Patrick McCumiskey <a style="color: #0077b5" href="https://de.linkedin.com/in/patrick-mccumiskey-b41a2699" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Patrick McCumiskey

Autor

Patrick hat mehr als zehn Jahre Erfahrung im Verfassen von Texten über Design und Technologien. Nachdem er zum ersten Mal bei einem Projekt während seines Masterstudiums für Design mit dem 3D-Druck in Berührung gekommen war, interessierte er sich sehr für die Entwicklung des Verfahrens und seine Auswirkungen auf die Bereiche Design und Technik.

Windkraftanlagen-Forschung an der TU Berlin mit 3D-gedruckten Rotorblättern

Die Rotorblätter von Windkraftanlagen sind im Durchschnitt 80 Meter lang. Bei der Gestaltung dieser riesigen Windflügel bietet keine andere Technologie die Flexibilität, Präzision und Anpassungsfähigkeit für maßstabsgetreue Teile wie der 3D-Druck. Zwar ist der Nachbau in einem Hochschullabor nahezu unmöglich, aber ein maßstabsgetreuer Prototyp mit Schaufeln von einem Meter Länge ist für einen großformatigen 3D-Drucker durchaus machbar. Hier fangen die Forschenden ganz klein an.

Auf Grundlage von 3D-gedruckten Rotorblättern bietet die TU Berlin einen Kurs - Messverfahren für Windturbinen - an, in dem Kenntnisse zur Messung der Leistung der Windräder an verschiedenen Betriebspunkten vermittelt werden. Die Studierenden lernen, die Windgeschwindigkeit zu messen und gleichzeitig die von der Anlage erzeugte Leistung zu ermitteln. Die Lehrveranstaltung konzentriert sich auf den Vergleich zwischen einem traditionell gefertigten, handgeschnitzten Holzflügel von zwei Metern Länge und einem 3D-gedruckten Rotorblatt von einem Meter Länge mit Gyroid-Füllung.

Das additiv gefertigte Rotorblatt ist das Ergebnis der Forschungsarbeit von Jörg Alber, Doktorand und Laurin Assfalg, Masterstudent an der TU Berlin. Während der Studie fanden sie heraus, dass mit dem 3D-Druck, dem Experimentieren mit verschiedenen Füllungen, Formen und Materialien, keine Grenzen gesetzt sind.

Laurin Assfalg:

„Der 3D-Druck stellt eine beeindruckende Option zur Fertigung der Rotorblätter dar, weil er die Herstellung komplexer Formen und damit eine Leistungssteigerung ermöglicht. Wir wollen damit neue wissenschaftliche Ideen entwicklen, die sich auf die großen Rotorblätter übertragen lassen.“

3D-Druck erweckt Rotorblätter zum Leben

Das Forschungsziel bestand darin, alternative Wege zur Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen zu finden. Durch die Herstellung und Optimierung von Rotorblättern in kleinerem Maßstab mittels 3D-Druck wollten Jörg Alber und Laurin Assfalg Erkenntnisse gewinnen, die künftig für die additive Fertigung von Rotorblättern in Originalgröße angewendet werden können.

Die herkömmliche Art der Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen erfolgt durch subtraktive Verfahren wie von Hand geschnitztes Holz, computergesteuertes Fräsen oder andere Formverfahren. Diese Methoden haben sich zwar bewährt und sind in der Branche der Windkraftanlagen als Goldstandard etabliert, waren aber für die Forschung nicht die ideale Wahl, da sich mit diesen Rotoren keine speziell entwickelten, komplexen Strukturen herstellen lassen, die für die Tests benötigt werden. Die Entscheidung zugunsten von 3D-gedruckten Rotorblättern fiel aufgrund der Fähigkeit dieser Technologie, kompliziertere Formen und Füllstrukturen (das Innere eines 3D-gedruckten Teils) im Vergleich zu herkömmlichen subtraktiven Methoden zu erstellen.

3D printed Wind Turbine blades for TU Berlin

Der 3D-Druck ermöglichte einen effizienten Druck der Rotorblätter und bot die Möglichkeit, eine Vielzahl von Formen und Konstruktionsarten umzusetzen, die später einer strengen Prüfung unterzogen werden sollten. Die Größe der zu druckenden Rotorblätter betrug einen Meter, womit der großformatige industrielle BigRep ONE die perfekte Wahl war. Der BigRep ONE verfügt über ein Bauvolumen von einem Kubikmeter und ist für die Herstellung große 3D-Drucke für die anspruchsvollsten und geometrisch komplexesten Anwendungen ausgelegt. Der im Maker-Space der TH Wildau vorhandene BigRep One stellte die Rotorblätter in einem einzigen nahtlosen Druckvorgang her, wobei die kompletten Flügel liegend und ohne jegliche Stützstruktur in weniger als einer Woche gedruckt wurden.

Für den Entwurf wurden die Rotorblätter mit frei verfügbarer intelligenter Software und mit Hilfe von BigReps BLADE entwickelt. Die wichtigen Druckeinstellungen wie die Ausrichtung des Modells, Schichthöhe sowie Art und Dichte der Füllstruktur (Gyroid) waren in BLADE leicht anpassbar. Der komplett offene Ansatz, auf dem der 3D-Druck basiert, war ein weiterer Grund, der die additive Fertigung zu einer überzeugenden Wahl für die Studie machte.

Strukturelle Überlegungen: Auskleidung und Material

Der strukturelle Entwurf der Rotorblätter der Windkraftanlage umfasste sowohl auf die Untersuchung verschiedener Füllstrukturen als auch auf das Material für den 3D-Druck.

1. Gyroid-Füllung

Auf Bauteile wie die Rotorblätter von Windkraftanlagen wirken aufgrund der Aerodynamik und der Trägheitskräfte während der Rotation häufig ständig wechselnde Belastungen ein. Für diese Teile waren die isotropen Eigenschaften von Gyroid-Füllungen eine naheliegende Wahl, da sie diesen Lastwechseln standhalten.

Gyroid Infill

Die Gyroid-Füllung besteht aus einem komplexen Netzwerk verdrehter und miteinander verbundener Röhren, die ein sich wiederholendes Muster bilden, das sich ohne Überschneidung oder Überlappung unbegrenzt in alle Richtungen erstreckt. Das Ergebnis ist eine durchgängige Gitterstruktur, die bei sehr geringer Dichte zu einer außergewöhnlichen Stabilität führt, wie sie für leichte Rotorblätter erforderlich ist. Während der manuelle Entwurf dieses komplexen Musters Ewigkeiten dauern könnte, vereinfachte die 3D-Drucksoftware den Prozess automatisch und setzte ihn in den Rotorblättern um.

Rotorblatt einer Windkraftanlage mit Gyroid-Infill
Doktoranden der TU Berlin erforschen das Rotorblattdesign für Windkraftanlagen anhand von 3D-gedruckten Prototypen, die auf einem BigRep ONE hergestellt wurden. Da das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht entscheidend war, bot der Gyroid-Infill eine hervorragende Lösung für starke, leichte Teile.

Abgesehen von seiner Stärke bietet die Gyroid-Füllung auch eine hohe Materialeffizienz. Aufgrund der miteinander verbundenen Kanäle wird bei gleichbleibend hoher struktureller Integrität weniger Material benötigt. Dieser Gesichtspunkt war ein großer Vorteil beim Druck der Rotorblätter, die andernfalls schwer geworden wären und eine erhebliche Menge an Material verbraucht hätten.

2. Das industrietaugliche PRO HT von BigRep

Das Forschungsteam druckte die Rotorblätter mit PRO HT, da es alle Anforderungen an das Material erfüllte: einfach zu drucken, hohe Festigkeit, sowie die Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten. Das benutzerfreundliche Filament verformt sich kaum und liefert ästhetische Drucke mit einer glatten, matten Oberfläche.

WindTurbine_4

Das Team berücksichtigte auch den ökologischen Fußabdruck der Rotorblätter. Da es sich bei PRO HT um ein Biopolymer handelt, hat es im Vergleich zu Filamenten aus fossilen Brennstoffen geringere Umweltauswirkungen.

Die Rotorblätter auf dem Prüfstand

Bei den Tests der 3D-gedruckten Rotorblätter wurden die Struktur und der Windkanal untersucht, um zu prüfen, wie sie sich bei verschiedenen Parametern verhalten.

1. Strukturtests

Researchers are checking their data

Die Prototypen der Rotorblätter wurden gemäß der ULC (Ultimate Load Cases, dt. Grenzlastbedingungen) mit der Universalprüfmaschine an der HTW Berlin geprüft.

Die Grenzlastbedingungen (ULC) umfassen eine Reihe von Beanspruchungen, die während der Prüfung aufgebracht werden, während die Universalprüfmaschine das Gerät ist, mit der diese Bedingungen simuliert oder erzeugt werden. Die Maschine untersucht, wie sich Materialien unter kontrollierten Kräften oder Dehnungen verhalten.

Was sind Grenzlastbedingungen (ULC)??

Die Bedingungen, unter denen ein Material oder eine Struktur einem Maximum bzw. den höchsten anzunehmenden Lasten, Spannungen, oder Kräften unterliegt, denen sie in realen Umgebungen ausgesetzt sein kann. Durch die Prüfung von Materialien mit diesen ULC lassen sich Daten darüber sammeln, wie sich diese Materialien unter verschiedenen Beanspruchungen verhalten, was bei der Konstruktion und Überprüfung der Rotorblätter im Hinblick auf Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bedeutung ist.

Was ist eine Universalprüfmaschine?

Eine Universalprüfmaschine (UTM) ist ein Gerät zur Prüfung der mechanischen Eigenschaften von Material oder Bauteilen, zum Beispiel Zugfestigkeit, Kompression, Biegeverhalten und Härte. Sie wendet kontrollierte Kräfte auf das Objekt an, um zu messen, wie es unter verschiedenen Bedingungen reagiert, und liefert dadurch wertvolle Daten für die Materialanalyse und Qualitätssicherung.

Bei den Belastungstests wurden mögliche Schäden an der 3D-gedruckten Außenhülle wie Verformung und Risse untersucht, wenn diese bestimmten Kräften ausgesetzt war. Die ultimativen Biegemomente an der Rotorblattwurzel (maximale Biegekräfte im Wurzelbereich des Rotorblatts) wurden mit Punktbelastungen (konzentrierte Kräfte in bestimmten Bereichen) an drei Blattpositionen und in beiden Beanspruchungsrichtungen getestet. Die Blätter wurden außerdem unter einer starken Zentrifugalkraft von Fmax = 3000 N mit einem Schwerlastkran untersucht.

Ungeachtet der anspruchsvollen und intensiven Strukturtests blieb das Rotorblatt unbeschädigt und kehrte in seine ursprüngliche Form zurück, ohne dass es Anzeichen von Rissbildung oder Verformung gab.

2. Tests im Windkanal

Wind Tunnel for the 3d printed rotor blade tests

Die Tests im Windkanal waren für das Forschungsteam von entscheidender Bedeutung, um Erkenntnisse über die aerodynamische Effizienz und die strukturelle Stabilität des Rotorblatts zu gewinnen und zu prüfen, ob die Windkraftanlage Energie gewinnen kann. Dabei wurden die Windturbinenblätter unter kontrollierten aerodynamischen Bedingungen in einem großen Windkanal mit geschlossenem Kreislauf am HFI der TU Berlin simuliert und analysiert.

Large Wind Tunnel

Die Windkraftanlage war so konzipiert, dass sie bei einer bestimmten Geschwindigkeit am besten funktionierte, aber als sie sie testeten stellten die Forschenden fest, dass sie bei einer höheren Drehgeschwindigkeit als der ursprünglich geplanten besser funktionierte. Ihr maximaler Wirkungsgrad lag beim 5,4-fachen statt dem 4-fachen Verhältnis der Blattspitzengeschwindigkeit, für das sie ausgelegt war. Der Grund hierfür war, dass die Turbine auf der Grundlage der natürlichen Windströmung konstruiert wurde und nicht unter den Bedingungen des geschlossenen Windkanals, in dem sie getestet wurde.

Die Zukunft der Windkraft

Das Ergebnis der Forschung von Laurin Assfalg und Jörg Alber, die Windturbine mit einem Meter großen, 3D-gedruckten Rotorblättern, befindet sich derzeit an der TU Berlin. Sie bildet den Grundpfeiler des Studiengangs "Messverfahren für Windturbinen" und ist ein konstantes Versuchsobjekt für die Experimente, mit denen die Zukunft der Windenergienutzung bestimmt wird.

Neben der besseren Leistungsbilanz der 3D-gedruckten Rotorblätter enthüllte die Studie weitere vielversprechende Vorteile für die Umwelt, die den Einsatz von mit 3D-Druck hergestellten Rotorblättern in der Praxis prägen könnten. Da die im Rahmen der Doktorarbeit hergestellten 3D-gedruckten Rotorblätter in der Nachbearbeitung nicht beschichtet werden mussten, können sie problemlos recycelt und zu Komponenten für Windkraftanlagen weiterverarbeitet werden. Das Forschungsprojekt bereitet den Boden für weitere Studien zur Verbesserung des Wirkungsgrads von Windkraftanlagen, mit deren Hilfe saubere, grüne und erneuerbare Windenergie gewonnen werden kann.

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Explore the innovative use of gyroid structures in wind turbine manufacturing and biomedical applications with expert Jörg Alber from TU Berlin. Don't miss out, watch the webinar now:

THE 3D-PRINTED GYROID: IMPROVING STRUCTURALLY DEMANDING APPLICATIONS

Über die Autorin:

Natasha Mathew <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/natasha-mathew/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Natasha Mathew

Texterin

Natasha Mathew probiert gern Neues aus – und derzeit ist sie besessen vom 3D-Druck. Ihre Leidenschaft, komplexe Konzepte in einfacher Sprache zu erklären, und ihr Hang zum Geschichtenerzählen hat sie dazu bewegt, Autorin zu werden. Im Zuge ihrer 7-jährigen Autorenkarriere hat sie über unterschiedlichste Themen geschrieben. Wenn sie gerade mal nicht mit dem Schreiben beschäftigt ist, widmet sich ihren Hobbies: Lesen, Basteln, Spinning und Reisen. Und über sich selbst schreibt sie in der dritten Person.

Frischer Wind für Vestas: 3D gedrucktes Tooling Revolutioniert das Windrad

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Es gibt nicht viele Technologien, die Windräder noch effizienter machen können. Der additiven Fertigung mit ihren vielfältigen Anwendungen ist das jedoch gelungen.     

Vestas ist ein führender Anbieter für nachhaltige Energielösungen und entwirft, fertigt, installiert und wartet Windräder auf der ganzen Welt. Das Unternehmen produziert mit Windrädern in 38 Ländern mehr als 160 GW (160 Milliarden Watt) – mehr als jeder Wettbewerber.    

Als Vestas die Vorrichtungen und Halterungen ersetzen musste, die zum Bau der Windräder verwendet werden, entschied sich das Unternehmen, das nötige Tooling mit dem großformatigen 3D-Drucksystem von BigRep zu produzieren. Vorrichtungen aus Metall verschleißen im industriellen Gebrauch und können sich dadurch verformen, was wiederum zu fehlerhaften Konstruktionen führt. Auf dem BigRep STUDIO wurden deswegen widerstandsfähige Vorrichtungen aus Kunststoff gedruckt, die ihren Zweck einwandfrei erfüllten. Schon bald ergaben sich auch andere Anwendungen für den Drucker.    

Ultrapräzises großformatiges 3D-gedrucktes Tooling  

Vestas Hauptziel war es, Vorrichtungen und Halterungen zu produzieren, mit denen eine wesentliche Komponente, nämlich die Blitzschutzeinrichtung, in den Turbinenblättern des Windrads positioniert wird. Hier ist Präzision gefragt, da die Blätter der Witterung schutzlos ausgeliefert und daher sehr anfällig für Blitzeinschläge sind. Traditionell wurden hier stählerne Vorrichtungen und Haltewerkzeuge verwendet, die jedoch einige Schwächen haben. Trotz ihrer Robustheit neigen sie zu Verformungen und nicht erkennbare Schäden. 

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Das Kunststoff-Tooling weist viele Vorteile gegenüber dem stählernen auf. Es ist leichter, verformt sich nicht, und kann auf einzigartige Weise unter Belastung nachgeben oder brechen. Dieses Brechen unter Belastung ist wichtig, da Fehler dadurch früh entdeckt werden können – ein wesentlicher Vorteil im Turbinenbau.   

Der Umstieg von traditionellen Stahlwerkzeugen auf fortschrittliches, polymerbasiertes 3D-gedrucktes Tooling war ein Highlight in der Zusammenarbeit mit BigRep. Die Modularität des neuen 3D-gedruckten Werkzeugs hat den Fertigungsprozess bei Vestas vereinfacht. Verschiedene Konfigurationen werden durch ein einzelnes anpassbares Design ermöglicht.  

Vestas druckt Tooling für die Installation von Blitzschutzeinrichtungen auf dem BigRep STUDIO.
Vestas druckt Tooling für die Installation von Blitzschutzeinrichtungen auf dem BigRep STUDIO.

Diese Innovation hat sowohl Effizienzsteigerungen als auch Kosteneinsparungen mit sich gezogen. Vestas konnte bei der Herstellung dieser wesentlichen Komponenten eine drei Wochen kürzere Vorlaufzeit und Kosteneinsparungen von 72%  verzeichnen. Trotz dieser Einsparungen ist das Werkzeug so präzise und akkurat wie davor, und erfüllt problemlos die strengen Qualitätskontrollen bei Vestas.  
  
Die Lösung ist leicht und hochpräzise, auf wenige Mikrometer genau, und übertrifft damit die Genauigkeitsstandards der traditionellen Fertigung.    

Werkzeug aus kohlenfaserverstärktem Thermoplastik ist auch deswegen zuverlässig, weil es nicht durch Schwankungen in Temperatur oder Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird. Das bedeutet niedrigere Kosten, einen kleineren ökologischen Fußabdruck, und keine der zusätzlichen Transportkosten, die durch konventionelle Fertigungsmethoden verursacht werden.    

Jeremy Haight, leitender Ingenieur bei Vestas::

„Mit der additiven Fertigung in der Tasche konnten wir eine wahre Flut an hochwertigen Vorrichtungen produzieren, mit denen unsere Produktionsmitarbeiter wichtige Stichproben Messungen viel häufiger durchführen und so die Qualität optimieren konnten.“

3D-Druck optimiert Fertigungseffizienz und Außendiensteinsätze   

Der Umstieg von physikalischen auf digitale Teilelager, der durch den 3D-Druck ermöglicht wird, bietet Vestas wichtige Vorteile. Die additive Fertigung ist perfekt für Produktion auf Abruf, Kleinserien und schnelle Designiterationen. Das Ergebnis: niedrigere Kosten, verschlankte Logistik, und weniger zusätzliche Ausgaben, die bei konventionellen Fertigungsmethoden anfallen. Zusätzlich konnte Vestas durch den Einbau von Sensoren und Schaltungen intelligente 3D-gedruckte Vorrichtungen herstellen, um Funktionalität und Präzision zu erhöhen.   

 Da Vestas auf der ganzen Welt tätig ist, sind die kürzeren Vorlaufzeiten und niedrigeren Kosten für Ersatzteile ein wichtiger Vorteil der additiven Fertigung. In Kombination mit Vestas IoT-Strategie und Industrie 4.0 Initiativen hat der 3D-Druck die Agilität der Lieferketten erhöht – ein wichtiger Faktor, vor allem wenn Zulieferer weit verstreut sind.    

Dieser Wandel zum digitalen Lager führt zu Steuereinsparungen und erhöht gleichzeitig den Wert des Fertigungsprozesses. Die Metrik der mittleren Komponenten-Nichtverfügbarkeit (MTTR) beweist die Effizienz der additiven Fertigung: Ausfallzeiten wurden sowohl in der Fertigung als auch im Außendienst reduziert.   

3D-Druck als Antwort auf Corona  

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Während der Coronapandemie produzierte Vestas auf dem BigRep STUDIO über 5.000 Schutzausrüstungen für medizinisches Personal. Das Unternehmen entwarf und druckte Gesichtsschutz und Türkrallen, um die Verbreitung der Infektion zu reduzieren und sichere, hygienische Arbeitsbedingungen zu schaffen. Der Entwurf wurde als Open-Source-Design angeboten und über tausendmal heruntergeladen.  

Kreislauf und Nachhaltigkeit  

Die Kohlenfaserreste aus dem Fertigungsprozess werden bei Vestas in Rohmaterial für die additive Fertigung umgewandelt, um die Unternehmensziele der Nachhaltigkeit und Abfallvermeidung zu unterstützen. Aus dem Material wird durch Mahlen, Aufbereiten und Extrusion ein Filament für den 3D-Druck. 

  1. Mahlen: Die Kohlenfaserreste werden zu kleineren Partikeln gemahlen. Dieser Mahlprozess verwandelt Kohlenfaserreste in feines Granulat, das besser für die weitere Verarbeitung geeignet ist.
  2. Compoundieren: Die gemahlenen Kohlenfaserpartikel werden mit einem geeigneten thermoplastischen Matrixwerkstoff gemischt. In diesem Schritt wird das Kohlenfasergranulat mit dem thermoplastischen Polymer aufbereitet, meist durch einen Extruder oder Compoundierer. Die Mischung ergibt einen Verbundwerkstoff mit den Eigenschaften der Kohlenfaser und des Thermoplastiks.  
  3. Extrusion: Das aufbereitete Material wird als Filament extrudiert. In diesem Prozess wird der Verbundwerkstoff erhitzt und geschmolzen, und dann durch eine Düse als zusammenhängendes Filament mit einheitlichem Durchmesser ausgegeben. Dieses Filament enthält nun recycelte Kohlenfaser in der thermoplastischen Matrix und kann als Werkstoff für den 3D-Druck verwendet werden.  

Doch Vestas recycelt nicht nur die Kohlenfaserreste; das Unternehmen hat auch den ökologischen Fußabdruck massiv reduziert, indem es Komponente digital lagert und bei Bedarf auf dem BigRep STUDIO herstellt. Komponenten müssen nicht mehr aufwändig gelagert und über Kontinente hinweg transportiert werden, sondern können einfach vor Ort gedruckt werden.   

Die Neugestaltung der Windenergie  

Reshaping wind energy for Vestas

Durch die Verwendung von widerstandfähigen 3D-gedruckten Kunststoffteilen anstelle von konventionellem Stahlwerkzeug konnte Vestas die Kapazitäten im Windradbau erhöhen. Anfangs war nur die Herstellung von Werkzeug für Montage und Qualitätssicherung geplant, doch der 3D-Drucker wurde schon bald für die Fertigung von Ersatzteilen verwendet, um Lieferketten zu verschlanken, und kam sogar im Kampf gegen Corona zum Einsatz. 

Dank dem 3D-Druck konnte Vestas den Produktionsablauf mit der Unternehmensvision in Einklang bringen: nachhaltige Energielösungen aus nachhaltiger Fertigung.

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Jeremy Haight, leitender Ingenieur bei Vestas, spricht über die höchst erfolgreiche Einführung von 3D-gedruckten Werkzeugen und Formen in der Fertigung von Anlagen für erneuerbare Energie.
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  • Warum Produktionsmittel den perfekten Anwendungsfall für 3D-gedruckte flexibilisierte Serienproduktion bieten
  • Wie der Hybrid-3D-Druck auch ultrafeste Anwendungen ermöglicht
  • Wie leichtgewichtige 3D gedruckte Teile die Arbeitssicherheit erhöhen

Lassen Sie sich das Webinar nicht entgehen.

WIE VESTAS WINDRÄDER MIT 3D-GEDRUCKTEN VORRICHTUNGEN UND HALTERUNGEN PRODUZIERT

Über die Autorin:

Natasha Mathew <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/natasha-mathew/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Natasha Mathew

Texterin

Natasha Mathew probiert gern Neues aus – und derzeit ist sie besessen vom 3D-Druck. Ihre Leidenschaft, komplexe Konzepte in einfacher Sprache zu erklären, und ihr Hang zum Geschichtenerzählen hat sie dazu bewegt, Autorin zu werden. Im Zuge ihrer 7-jährigen Autorenkarriere hat sie über unterschiedlichste Themen geschrieben. Wenn sie gerade mal nicht mit dem Schreiben beschäftigt ist, widmet sich ihren Hobbies: Lesen, Basteln, Spinning und Reisen. Und über sich selbst schreibt sie in der dritten Person.

Der 3D-Druck erfindet die Bassdrum neu

BigRep 3D printed drum cover image

Was bringt jemanden dazu, ein Musikinstrument neu zu erfinden, das es schon seit mehreren tausend Jahren gibt?

Für den Produktingenieur und Musiker Oliver Deeg war es Langweile, Neugier, und viel Wissen über die additive Fertigung. Sein Traum? Bassdrums zu bauen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht möglich wären. Das Werkzeug seiner Wahl? 3D-Druck im Großformat!

Grenzen überwinden

Oliver Deeg ist ein Mann voller Talent und Leidenschaft, und noch dazu Experte in CAD-Design, 3D-Druck und E-Commerce. Er hat eine klare Vision: Er will die Grenzen von Design und Sound der Bassdrum durch die additive Fertigung überwinden.

Wie die meisten Schlagzeuger träumte er schon immer davon, sein eigenes Schlagzeug zu entwerfen und zu fertigen. Anfangs stellte er mit einem Freund Schlagzeuge aus Holz her, doch mit traditionellen Methoden konnte er sich das Design nie wirklich zu eigen machen.

BigRep 3D printed drum Oliver Deeg

Bassdrums werden schon immer in sorgfältiger Holzarbeit hergestellt. Im ersten Schritt wird ein hochwertiges Holz, z.B. Ahorn oder Birke, getrocknet, damit es sich nicht verzieht. Hölzerne Dauben werden zu einem Zylinder geformt und verklebt, und bilden so den Kessel der Bassdrum. Die Ränder werden präzise zugeschnitten, um den Kontakt zwischen Trommelfell und Kessel zu optimieren, der ausschlaggebend für den Klang ist. Danach werden Löcher für die Hardware gebohrt, und der Kessel wird geschliffen und poliert. Die Hardware wird montiert, und Trommelfelle aus synthetischem oder tierischem Material werden angebracht. Zum Schluss wird die Trommel mittels der Stimmschrauben auf die gewünschte Tonlage und Resonanz gestimmt. Man benötigt viel handwerkliches Geschick und Liebe zum Detail, um eine Bassdrum in diesem komplexen Prozess herzustellen.

An dem Prozess selbst hat sich wenig geändert, und er lässt kaum Spielraum für das Experimentieren mit Sound und Design. Oliver sah eine Gelegenheit, Drums herzustellen, die diesen Einschränkungen nicht unterworfen waren. Mit seinen 3D-Druckkenntnissen fing er an, kleine Trommeln zu produzieren. Aber es blieb nicht lange bei kleinen Prototypen: der Musiker und Ingenieur wandte sich schnell ambitionierteren Projekten zu.

BigRep 3D printed drum

„Mit dem 3D-Druck gab es für mich zum ersten Mal keine echten Grenzen. Dir kommt eine Idee, und in wenigen Stunden hast Du einen Prototypen in den Händen. Das ist ein echter Traum.“

Große Träume

Der Wendepunkt kam, als Oliver auf der Formnext 2022 BigRep entdeckte. Die Zusammenarbeit mit der Firma trieb seine Vision voran. Die Materialien und großformatigen 3D-Drucker von BigRep halfen ihm, seine Vision zu verwirklichen: eine 24-Zoll Bassdrum mit 6 USPs:

  1. Konischer Innenkessel für neue, einzigartige Sounds. 
  2. Kessel im Reliefdesign für Stabilität und ansprechende Optik. 
  3. Klang- und Kabelöffnung als Auslass für den Luftdruck und für das Einführen eines Mikrofons in die Drum. 
  4. Hohle Trommelwand mit Einfüllloch, durch das Granulat, z.B. Sand, oder Wasser eingefüllt werden kann. Wenn die Wand leer ist, wirkt der Sound eher geigenartig, während eine gefüllte Wand niedrigere Frequenzen produziert. 
  5. Speziell entworfene Ringe zur Befestigung des Trommelfells befestigt wird. 
  6. Sound, Passform und Oberfläche durch Experimentieren mit verschiedenen Materialien optimiert.
BigRep 3D printed drum cover image

„Die Zusammenarbeit mit BigRep war ein echter Gamechanger. Die fortschrittliche Technik der 3D-Drucker hat es mir erlaubt, Drums in hervorragender Qualität herzustellen.“

Anatomy of the 3D printed 24-inch bass drum

3d printed bass drum
  1. Relief design for shell stability and an attractive look.
  2. Holes for lugs Space for metal lugs for the tuning screws.
  3. Drum shell drum body
  4. Conical inner shell Megaphone-shaped shell that produces new sounds.
  5. Screw Holes Used to secure lugs from the inside.
  6. Sound and cable opening allows air to escape and can also be used to insert a microphone into the drum.
  7. Hollow drum wall with filling hole Can be filled with granules, such as sand, or water.
  8. Rings hold the eardrum to the 3D printed shell. Two pieces were needed.

Oliver's drums embody unconventional acoustic principles. Conical shapes have a sound-enhancing effect; That's why its design consists of two shells with an acoustic gap. This would be impossible with traditional manufacturing methods. 

„Meine größten Herausforderungen: das richtige Material zu finden und einen Druck in dieser Größe zu produzieren. Es hat mehrere Tage gedauert, die Drum zu drucken. Nach dem Druck war die Oberfläche tadellos, und benötigte gar keine Nachbearbeitung.“

BigRep 3D printed drum close-up

3D-Druck trifft den richtigen Ton 

Kunststofftrommeln sind nicht neu, es gibt sie schon seit geraumer Zeit. Deren Haptik und Klang sind jedoch sehr eigen. Die 3D-gedruckte Bassdrum ist dagegen etwas ganz Besonderes. Oliver war sofort von dem Klang der Drum begeistert. Klang, Design, Material und Konstruktion – sie alle hatten seine Erwartungen erfüllt. Im Studio konnte die Trommel ihre Stärken voll ausspielen. Sie kann klingen wie eine normale Drum, aber sie kann auch, dank konischem Innenkessel, einen völlig eigenen Klang erzeugen,

BigRep 3D printed drum Oliver Deeg in a recording studio

Es klingt so einfach: 3D-Datei für die Drumteile erstellen, auf „Drucken“ drücken, und dann die Teile produzieren. Doch Oliver wusste, dass es viel komplizierter werden würde. Die Geometrie mag einfach erscheinen, aber sie ist es nicht. Für die Drum benötigte Oliver Expertise und Präzision. Hier half die Zusammenarbeit mit BigRep. Heute ist er fest davon überzeugt, dass die additive Fertigung bei der Produktion von maßgeschneiderten Trommeln in Zukunft eine große Rolle spielen wird.

Als Fan des 3D-Drucks kann er sich gut vorstellen, dass die Technik nicht nur eine neue Ära neuer Musikinstrumente einläutet, sondern sich auch in unseren Alltag einfügen wird. Ihn fasziniert die Vorstellung, dass in Zukunft jeder Haushalt seinen eigenen 3D-Drucker haben könne, um individualisierte Produkte auf Abruf selbst zu fertigen.

„In der Zukunft könnte jedes Zuhause einen 3D-Drucker haben, der das druckt, was wir bestellen“

Oliver schließt ab.

LARGE-SCALE INNOVATION. LIMITLESS CREATIVITY.

The BigRep ONE is an award-winning, large-format 3D printer at an accessible price point. With over 500 systems installed worldwide, it's a trusted tool of designers, innovators, and manufacturers alike. With a massive one-cubic-meter build volume, the fast and reliable ONE brings your designs to life in full scale.

Explore the ONE

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About the author:

Natasha Mathew <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/natasha-mathew/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Natasha Mathew

Copywriter

Natasha Mathew enjoys trying new things and one of them she’s currently obsessed with is 3D printing. Her passion for explaining complex concepts in simple terms and her knack for storytelling led her to be a writer. In her 7 years of experience, she has covered just about any topic under the sun. When she’s not carefully weighing her words, she’s reading, crafting, spinning, and adventuring. And when asked about herself, she writes in the third person.

Nutzung des 3D-Drucks für die Automobilindividualisierung von AVI

AVI Boston auf den 3D-Druck gekommen und konnte damit Kosten und Zeit einsparen

AVI Boston bindet moderne Technologie nahtlos in personalisierte und maßgeschneiderte Automobilteile wie etwa Armaturenbretter, Radargeräte, Türverkleidungen und vieles mehr ein. Das Unternehmen zeichnet sich durch sein Fachwissen aus, bahnbrechende audio-visuelle Anlagen zu verbauen, die sowohl die Ästhetik als auch die Funktionalität des Fahrzeugs untermalen. Der innovative Ansatz von AV Boston wird durch den Einsatz von 3D-Druck bei der Herstellung funktionsfertiger Teile mit dem BigRep STUDIO G2 verstärkt, um die Konzepte des Unternehmens zum Leben zu erwecken.

Mit 17 Jahren Erfahrung im Bereich der Individualisierung von Fahrzeugen hat sich AVI kürzlich dazu entschieden, den Großformat-3D-Drucker STUDIO G2 von BigRep zu erwerben.

„Das ist fast so, als hätten wir einen Vollzeitangestellten, der das Teil herstellt.“

„Wir standen wir vor dem großen Problem, dass wir einfach nicht genug Personal hatten. Es ist wirklich nicht einfach, gute Verarbeiter/Installateure zu finden. Diese Arbeit erledigt nun der 3D-Drucker für uns. Das ist fast so, als hätten wir einen Vollzeitangestellten, der das Teil herstellt“, sagt Safi Barqawi, Eigentümer von AVI.

Neuerungen mit dem STUDIO G2

„Wir können alles spezifisch gestalten – mit einem Knopfdruck haben wir die gesamte Datei auf dem Rechner. Das Tolle daran ist, dass wir einen Scan einer Tür, eines Armaturenbretts oder einer Mittelkonsole hier haben und diese Teile gestalten und bauen können, selbst wenn das eigentliche Fahrzeug gar nicht hier ist“, fügt Safi hinzu.
Merkmale des STUDIO G2, die bei AVI den entscheidenden Unterschied gemacht haben:

Merkmale des STUDIO G2, die bei   AVI BOSTON   Den entscheidenden Unterschied gemacht haben

Großes Bauvolumen

Der STUDIO G2 bietet ein großzügiges Bauvolumen von 1000 x 500 x 500 mm, was dem Zehnfachen eines standardmäßigen 3D-Desktop-Druckers entspricht. Dadurch kann AVI große und hochwertige funktionsfertige Teile in einem einzigen Druckauftrag herstellen und somit die Individualisierungsmöglichkeiten ausweiten.

BigRep STUDIO - Large build volume
BigRep STUDIO Dual Extru

Doppelte Düsen

Der STUDIO G2 ist dazu in der Lage, Strukturen mit zwei verschiedenen Materialien zu drucken, ohne die Filamente austauschen zu müssen. Mit dem STUDIO G2 ist es nicht mehr erforderlich, die Filamente zu wechseln. Somit ist ein ununterbrochener und nahtloser Druckprozess ohne manuellen Eingriff möglich.

Kaum Nachbearbeitung erforderlich

Das wasserlösliche Trägermaterial BVOH– ein bahnbrechendes Filament für die Nachbearbeitung – ist mit dem Doppeldüsensystem des STUDIO G2 kompatibel. Dieses umweltfreundliche und fortschrittliche Material unterstützt während des Drucks und senkt den Nachbearbeitungsbedarf erheblich.

BigRep BVOH Water-Soluble Support Filament
Blade

Digitales Inventar

Der Drucker macht es möglich, Teile je nach Bedarf herzustellen, ohne dass dadurch Zusatzkosten entstehen. So spart man viel Lagerplatz. Anstatt Teile einzulagern und Gefahr zu laufen, dass sie in den Regalen verstauben, konnte AVI komplexe und funktionale Strukturen wie Armaturenbretter, Türen, Mittelkonsolen und Becherhalter je nach Bedarf drucken.

Automotive Customization with 3D Printing
Komplette Fahrzeuginnenräume 3D-gedruckt, einschließlich Verkleidungen, Türen, Getränkehalter und mehr.

Wie AVI vom STUDIO G2 von BigRep profitiert hat

Betrieb rund um die Uhr

Mit dem STUDIO G2 ist es so, als hätte man zwei zusätzliche Hände in der Garage zur Verfügung, die keine Pause und allenfalls hier und da etwas Fett brauchen. Wenn wir fünf Bestellungen erhalten, stellen wir einfach am Drucker ein, dass er das Teil fünf Mal drucken soll, und nach dem Wochenende kommen wir montags wieder auf die Arbeit und alles ist fertig“, sagt Safi. Wir stellen viele Magnet-Kits für ein spezifisches Fahrzeug her und nachdem ein solches Kit gestaltet wurde, können wir es beliebig oft ausdrucken, ohne das eigentliche Produkt nachzubauen.“

Komplexe Geometrien und feine Details kommen zur Geltung

Autoteile wie individuelle Innenverkleidungen und Lautsprecherabdeckungen erfordern komplexe Designs, die viel Zeit in Anspruch nehmen und ohne traditionelle maschinelle Bearbeitung schwer umzusetzen sind. „Mit dem STUDIO G2 konnten wir diese Teile in unserer eigenen Produktion herstellen und saubere Struktur für derart komplexe Stücke entwickeln. Das hätten wir niemals von Hand geschafft. Die ganz feinen Details lassen sich nur schwierig umsetzen. Das, was wir ansonsten ausgelagert hätten und was Tage oder Woche gedauert hätte, können wir mit dem STUDIO nun in einem Bruchteil dieser Zeit erledigen.“

Automotive Customization with 3D Printed Car Parts
AVI Boston 3D druckt individuelle Autoteile mit dem BigRep STUDIO G2.

Kosteneffektive Lösung

Unter anderem bietet der 3D-Druck für die Individualisierung von Fahrzeugen die Möglichkeit, Produktionskosten zu senken. Bei traditionellen Herstellungsverfahren müssen oft spezifische Werkzeuge und Formen hergestellt werden, was sich in hohen Kosten niederschlägt. Als AVI auf dem STUDIO überwechselte, musste das Unternehmen keine teuren Werkzeuge mehr herstellen und konnte somit die Produktionskosten senken – besonders bei Kleinserien und individuell gefertigten Teilen.

Intuitive Nutzerschnittstelle

„Der STUDIO G2 war für uns durchweg von Vorteil. Die Maschine ist extrem leicht handzuhaben und sehr intuitiv. Man muss einfach nur auf die Drucktaste betätigen und schon geht‘s los.“ Der STUDIO ist mit einer intuitiven Nutzerschnittstelle ausgestattet, die es AVI ermöglicht, G-Codes per Fernzugriff in die Systeme zu laden. Darüber hinaus unterstützt die Maschine in Kombination mit dem CONNECT von BigRep die Kalibrierung des Druckbetts, den Start-Stopp-Betrieb und die Überwachung von Systemen. Wenn wir drei Aufgaben haben, die wir immer wieder ausführen, haben wir hierfür drei Voreinstellungen an der Maschine, so dass man einfach nur noch auf die Drucktaste drücken muss. Ein wirklich durchdachtes Produkt – unterstützt von einem guten Serviceteam“, führt Safi aus.

Assembly of 3D Printed Car Parts
Ein Mitarbeiter von AVI Boston untersucht eine neu installierte 3D-gedruckte Türverkleidung.

Der große Vorteil

Früher war die Herstellung von Autoteilen mit viel Handarbeit verbunden. Mit dem STUDIO konnte AVI funktionsfertige Teile drucken, die weniger kosten und bereits beim ersten Mal perfekt passen – was natürlich der Termineinhaltung zugutekommt. Das kompakte Design des 3D-Druckers war das Sahnehäubchen, das AVI zum Kauf bewegt hat. „Eine der coolsten Eigenschaften des STUDIO G2 ist, dass er schlank ist und es uns ermöglicht, den Platz, den wir haben, optimal auszunutzen. Somit können wir nun Bauteile mit einem 3D-Drucker in den eigenen vier Wänden gestalten und drucken“, sagt Safi abschließend.

Möchten Sie mehr über die Individualisierung von Fahrzeugen und die additive Fertigung erfahren?

Schauen Sie sich unser On-Demand-Webinar Die Produktion großformatiger Autoteile digitalisieren an. (In englischer Sprache)

Hier erfahren Sie, wie die Digitalisierung dieses Prozesses die Produktionszeiten und einige Arbeitsschritte drastisch verkürzt und dabei Geld und Materialkosten einspart. Außerdem berichtet Ihnen Jeremy Katz, Eigentümer von JK Automotive Designs, wie er sich in neue Technologien eingearbeitet hat und es somit seinem Team ermöglichte, den Kunden noch mehr zu bieten und ihre Erwartungen zu übertreffen. Registrieren Sie sich jetzt für das Webinar:

DIGITIZING PRODUCTION OF CUSTOM LARGE-FORMAT AUTOMOTIVE PARTS

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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Über die Autorin:

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Natasha Mathew

Texterin

Natasha Mathew probiert gern Neues aus – und derzeit ist sie besessen vom 3D-Druck. Ihre Leidenschaft, komplexe Konzepte in einfacher Sprache zu erklären, und ihr Hang zum Geschichtenerzählen hat sie dazu bewegt, Autorin zu werden. Im Zuge ihrer 7-jährigen Autorenkarriere hat sie über unterschiedlichste Themen geschrieben. Wenn sie gerade mal nicht mit dem Schreiben beschäftigt ist, widmet sich ihren Hobbies: Lesen, Basteln, Spinning und Reisen. Und über sich selbst schreibt sie in der dritten Person.

Studenten erwecken „atmenden“ Audi-Autositz mit 3D-Druck zum Leben

Audi Car Seat by Braunschweig students "Concept Breathe"

Reaktionsschneller Autositz durch großformatigen 3D-Druck zeigt Innovationspotenzial der additiven Fertigung im Automobilbereich.

Während bei Autos oft die Motorleistung und das Außendesign im Vordergrund stehen, gibt es ein weiteres Teil, das reif für Innovationen ist. Der Autositz als Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug ist eines der wichtigsten Elemente eines Autos und muss ergonomischen Halt, Sicherheit und Komfort bieten.

Die Frage, wie Autositze neu erfunden und verbessert werden können, hat in den letzten Jahren durch neue Designkonzepte und fortschrittliche Fertigungsverfahren wie den 3D-Druck zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ein solches Projekt mit dem Titel „Concept Breathe“ ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Studierenden der Hochschule für Bildende Künste Braunschweig, dem deutschen Automobilhersteller Audi und dem 3D-Drucker-Hersteller BigRep.

Eine partnerschaftliche Anstrengung

Das Concept Breathe, das zur Entwicklung eines vollwertigen „atmenden“ Autositzes führte, entstand aus der Auseinandersetzung mit dem Auto der Zukunft.

Die Braunschweiger Designstudenten unter der Leitung von Dr. Manuel Kretzer, Professor für Werkstoffe und Technologie, und die Audi-Entwicklung/Innovation unter der Leitung von Mike Herbig ließen sich von der Idee inspirieren, dass das Auto der Zukunft eine engere Verbindung zum Fahrer haben könnte. Sie fragten sich: „Was wäre, wenn es ein Partner werden würde, der auf unsere Handlungen reagiert, ein Organismus, ein Freund, der lebt und atmet?“

Interessanterweise verfolgte Audi diese Idee bereits 2017 mit der Entwicklung von Klara, einem „sensitiven Audi A1“. Ziel dieser Konzeptstudie war es, die Empathie zwischen Auto und Fahrer zu fördern, indem ein sensitives, scheinbar atmendes Auto geschaffen wurde. Der Atmungseffekt wurde durch 39 Elektromotoren erreicht, die unter der Metallstruktur des Autos installiert waren, sowie durch mehrere Sensoren, die es Klara ermöglichten, Luft zu holen und auf ihre Umgebung zu reagieren.

Das im Frühjahr 2017 durchgeführte Autositzprojekt „Concept Breathe“ war eine Erweiterung der experimentellen Klara-Initiative, die darauf abzielte, verschiedene Technologien und Designprinzipien zu kombinieren, um einen menschlicheren Autositz zu schaffen, der sich dynamisch mit dem Fahrer bewegen kann.

"Was wäre, wenn der Sitz zu einem Partner würde, der auf unsere Handlungen reagiert, zu einem Organismus, einem Freund, der lebt und atmet?

3D-gedruckter Autositz "Concept Breathe"
Design- und Formstudien in der Seitenansicht von Maximilian Dauscha

Konzeption von „Concept Breathe“

Das Sitzprojekt wurde von einer Gruppe von 10 Bachelor-Studenten der Hochschule für Bildende Künste Braunschweig im Rahmen des Moduls Digital Crafting entwickelt. Die Kurse dieses Moduls zielen speziell darauf ab, „ein experimentelles Verständnis für neue Designmöglichkeiten“ zu entwickeln. Dabei werden innovative algorithmische und parametrische Designprinzipien sowie digitale Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck genutzt, um Designkonzepte zum Leben zu erwecken.

Das endgültige Design des Autositzes war von organischen Formen und Systemen inspiriert und bestand aus mehreren aktiven Komponenten, die in einen leichten Rahmen integriert waren. Aufgrund der komplexen Geometrie des endgültigen Entwurfs, der das Ergebnis mehrerer parametrischer Entwurfsiterationen war, entschieden sich das Studententeam und seine Partner, den Prototyp des Sitzes im Maßstab 1:1 in 3D zu drucken. BigRep, bekannt für seine großformatigen 3D-Drucker, war dieser Aufgabe mehr als gewachsen.

Die Sitzstruktur wurde mit dem BigRep ONE 3D-Drucker gedruckt, der über ein großes Bauvolumen von bis zu einem Kubikmeter verfügt, und mit dem BigRep PRO HT Filament, einem einfach zu druckenden Biopolymer mit verbesserter Temperaturbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichem PLA. Der Druckvorgang dauerte fast zehn Tage, was zu diesem Zeitpunkt der längste 3D-Druck von BigRep war.

Auf dem 3D-gedruckten Rahmen wurden 38 maßgeschneiderte aktive Komponenten angebracht, die einen haptischen und visuellen Atmungseffekt erzeugen, sowie eine Reihe speziell entwickelter Kissen aus Hochleistungstextil für optimalen Komfort und Halt. Die aktiven Komponenten (weiter unten in Rot dargestellt) „sollten die Fähigkeit des Sitzes erhöhen, auf sich ändernde Fahrbedingungen zu reagieren, aber vor allem die Identifikation des Benutzers mit dem animierten Objekt durch Atembewegungen verbessern“, so das Designteam.

Audi Breathe Chair 3D print on BigRep ONE

Den Weg für Innovation ebnen

Die 3D-Drucktechnologie von BigRep war für die Realisierung des Projekts von entscheidender Bedeutung. Der großformatige 3D-Drucker des Unternehmens war nicht nur in der Lage, die Struktur eines Autositzes in Originalgröße zu drucken (wodurch die Notwendigkeit einer Montage nach dem Druck verringert wurde), sondern konnte auch die komplexe organische Form des Produkts reproduzieren. Darüber hinaus bot der 3D-Druck den Projektpartnern eine kostengünstige Möglichkeit, direkt einen großen Prototypen herzustellen, ohne in Werkzeuge investieren oder komplexe Lieferketten in Anspruch nehmen zu müssen.

So wie der großformatige 3D-Druck für die Realisierung dieses Konzepts entscheidend war, wird die Technologie nun in der gesamten Automobilindustrie eingesetzt, um neue Designideen zu erforschen und innovative Lösungen auf den Markt zu bringen, von schnellen Prototypen bis hin zu fertigen Bauteilen.

Insbesondere im Bereich der Automobilsitze gibt es eine Reihe von Projekten, bei denen die Fähigkeit des 3D-Drucks genutzt wird, komplexe, auf Leistung und Komfort optimierte Designs sowie maßgeschneiderte Produkte in großem Maßstab zu entwickeln.

Auch der deutsche Automobilhersteller Porsche hat kürzlich einen 3D-gedruckten Bodyform-Vollschalensitz auf den Markt gebracht, in den anpassbare 3D-gedruckte Gitter integriert sind, die für hervorragenden Halt und Atmungsaktivität sorgen. Wie das Breathe-Konzept betont auch der 3D-gedruckte Sitz die Verbindung zwischen Mensch und Technologie, um insbesondere in Hochleistungsfahrzeugen ein verbessertes Fahrerlebnis zu schaffen.

3D Printed Audi Car Seat by Braunscheig Students

3D-Druck ist die Zukunft der Autoindustrie

Letztlich wäre das Projekt Concept Breathe ohne die additive Fertigung, insbesondere den Großformat-3D-Drucker von BigRep, nicht möglich gewesen. Diese Technologie hat sich als entscheidend für die schnelle und kostengünstige Umsetzung einer innovativen Idee erwiesen.

Für die gesamte Automobilindustrie bietet die Möglichkeit, große Strukturen und Produkte in einem Stück in 3D zu drucken, enorme Vorteile. Einerseits ermöglicht sie die Konsolidierung des Designs, so dass große Strukturen in einem einzigen Durchgang gedruckt werden können, wodurch die Montage- und Nachbearbeitungszeiten minimiert werden. Dies hat erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen zur Folge, unabhängig davon, ob ein Designkonzept, ein funktionaler Prototyp oder ein Endprodukt gedruckt wird.

Die Technologie ermöglicht es den Produktdesignern auch, Designs zu entwickeln, die bisher nicht möglich waren, und eröffnet grenzenlose Möglichkeiten für Innovationen. So können Einzelpersonen und Teams (wie die Braunschweiger Designstudenten und ihre Partner bei Audi und BigRep) wirklich in neue Ideen eintauchen und sie in etwas Reales verwandeln, das die Zukunft gestalten kann.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie der 3D-Druck dazu beigetragen hat, das Concept Breathe zum Leben zu erwecken, sehen Sie sich das Video und den Originalbericht über das Projekt an.

Sind Sie interessiert, wie der BigRep ONE Ihre Innovationen vorantreiben kann? Hier erfahren Sie mehr über den Großformatdruck.

SFM Technology stellt weltweit erste Halterung für Hubschrauber-Rotorblätter im 3D-Druck her

Vor die Aufgabe gestellt, Halterungen für ein sicheres Verladen von Hubschraubern zu entwickeln, war der BigRep PRO für SFM Technology die erste Wahl.

Auf hoher See sind oft Lösungen von innovativen Ingenieur*innen gefragt. Besonders dann, wenn es um die Luftfahrt geht: Hubschrauber müssen häufig auf Schiffen landen, und zwar in allen möglichen Witterungen.

Ist der Hubschrauber nicht in der Luft, so steht er entweder auf dem Flugdeck oder im Hangar des Schiffes. Seine Rotorblätter werden dann automatisch eingeklappt, ähnlich wie bei einer Hummel. Um den Hubschrauber während der Einschiffung zu stabilisieren, werden die Hauptrotorblätter in einer Halterung fixiert.

Gary Wilson, Leiter des technischen Vertriebs in der Abteilung AeroAdditive bei SFM, erklärt: „Wenn sich ein Hubschrauber an Bord eines Schiffes befindet, hat er die Möglichkeit, seine Rotorblätter einzuklappen. Auf See ist es jedoch windig, und die Rotorblätter können immer noch flattern. Um das zu verhindern, müssen die Rotorblätter arretiert werden."

Leonardo, ein Luft- und Raumfahrtkonzern, wurde vom britischen Verteidigungsministerium mit der Lieferung von AgustaWestland AW101 Hubschraubern für die Royal Navy beauftragt. Die vorhandenen Halterungen entsprachen jedoch nicht den Anforderungen. Deshalb wandte sich der Konzern an die AeroAdditive-Abteilung von SFM Technology. So entstand eine 900 x 230 x 160 mm große 3D-gedruckte Halterung für Rotorblätter. Gary Wilson erzählt, wie die Halterung entstanden ist, und warum das für die additive Fertigung erst der Anfang in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist.

SFM Technology
Die Halterung für Hubschrauber-Rotorblätter, gedruckt auf einem BigRep PRO

3D-DRUCK LIEFERT DIE LÖSUNG

Die Zeit drängte, also entschied sich SFM für die additive Fertigung, weil sie kurze Entwicklungszeiten ermöglicht.

„Für gewöhnlich handelt es sich bei der Suche nach einem neuen Fertigungsverfahren um einen ziemlich langwierigen Prozess. Wir haben viele Aspekte des 3D-Drucks untersucht, darunter Kosten und Effizienz – und natürlich Größe. Auf der Suche nach einem 3D-Drucker für unsere Produktion haben wir dann den BigRep PRO entdeckt. Wir verwenden den Drucker in der Fertigung, und jede gedruckte Rotorblatthalterung geht an einen Endkunden."

3D-DRUCK IST VIELSEITIGER ALS TRADITIONELLE METHODEN

In der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen Teile gleichzeitig leicht und widerstandsfähig sein. SFM Technology unterzog deswegen die 3D-gedruckten Teile verschiedenen Stresstests. Das Ergebnis: die 3D-gedruckten Teile schnitten besser ab als die nicht gedruckten Originalteile. Die Rotorblätter werden aus HI-TEMP CF gedruckt, einem vielseitigen, mit Carbonfasern verstärkten Werkstoff mit hoher Festigkeit, und sind dadurch extrem langlebig und wetterfest.

Das hat viele Vorteile.

„Seit Januar haben wir 30 Halterungen gedruckt, also insgesamt 60 Halterungshälften. Mit traditionellen Methoden hätten wir ungefähr ein Viertel davon produziert. Sie sehen also, der 3D-Druck geht viel schneller, wir müssen keine Anpassungen vornehmen, oder wenn, dann nur sehr kleine, die schnell zu bewerkstelligen sind. Und das Material hat die gleiche Festigkeit."

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VORTEILE VON HI-TEMP CF

Die Auswahl des richtigen Materials war für SFM entscheidend.

„Wir haben viele Tests durchgeführt, um das beste Material für unser Budget zu finden. Nach einem Blick auf die Datenblätter hatten wir das Gefühl, dass das HI-TEMP Material von BigRep den anderen BigRep-Materialien leicht voraus war."

Wenn das Stützmaterial entfernt wurde, wird die Oberfläche mit Schleifpapier geglättet. Danach werden Buchsen – feste oder austauschbare zylindrische Röhren – in die Scharniere eingesetzt, und - wo erforderlich - Gewindeeinsätze zur Befestigung hinzugefügt. Nachdem die Halterung nach Kundenanforderung lackiert wurde, wird die restliche Hardware eingebettet, zusammen mit einer schützenden Schaumstoffschicht in der Halterung, die ein Zerkratzen der Oberfläche des Rotorblatts verhindert.

Halterung für Hubschrauber-Rotorblätter in Aktion
Halterung für Hubschrauber-Rotorblätter in Aktion

3D-DRUCK HÄLT EINZUG IN DIE LUFT- UND RAUMFAHRTINDUSTRIE

Die Halterungen für Hauptrotorblätter sind schon im Einsatz. Gary Wilson hat aus dieser Erfahrung gelernt, was der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrtindustrie alles erreichen kann. Für ihn ist es nur eine Frage der Zeit, bis die additive Fertigung standardmäßig eingesetzt wird.

„In der Luft- und Raumfahrtindustrie stehen viele Entwickler*innen dem 3D-Druck noch skeptisch gegenüber. Wir haben gezeigt, dass der 3D-Druck gut für die Luft- und Raumfahrtindustrie geeignet ist, wenn es um Festigkeit, Reproduzierbarkeit und Qualität geht. Tatsache ist: je mehr der 3D-Druck in der Industrie Anwendung findet, desto breiter wird das Anwendungsfeld."

SFM Technology setzt den BigRep PRO jetzt als Batch-3D-Drucker ein, der die Produktion sequenziert und Ergebnisse durch die Bank verbessert. In gleicher Weise entdecken weitere Entwickler*innen in der Luft- und Raumfahrtindustrie die Vorteile des 3D-Drucks für sich und setzen diese Technology auch immer häufiger ein.

Möchten Sie mehr über 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfahren? Lesen Sie hier, wie der 3D-Druck Airbus Zeit und Geld spart!

INDUSTRIAL QUALITY MEETS COST EFFICIENCY.
COMPLEX PARTS IN LARGE SCALE.

The BigRep PRO is a 1 m³ powerhouse 3D printer, built to take you from prototyping to production. It provides a highly scalable solution to manufacture end-use parts, factory tooling or more with high-performance, engineering-grade materials. Compared with other manufacturing and FFF printing solutions, the PRO can produce full-scale, accurate parts faster and at lower production costs.

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3D-Druck spart Zeit und Geld in der Entwicklung bei Airbus

Airbus

Obwohl Flugzeuge eigentlich Flugmaschinen voller Technik sind, nehmen Fluggäste sie meist als enge, wenn auch einigermaßen bequeme Reiseumgebungen wahr. Die Innenraumverkleidung verbirgt die Stellteile, Kabel, und elektrischen und mechanischen Systeme in den Flugzeugwänden. Zudem schirmt sie funktionelle Komponenten von den Passagieren ab und prägt gleichzeitig das allgemeine Erscheinungsbild des Kabineninnenraums. Diese Verkleidung ist meist aus glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen gefertigt, weil sie sowohl leicht als auch fest und tragfähig sein muss.

Große Bauteile benötigen traditionell teure Produktionstechniken

Normalerweise muss jede Version einer Abdeckung oder Verkleidung als Formteil produziert werden. Dazu werden mit Harz getränkte Glasfasermatten auf einer Form abgelegt und dort ausgehärtet. Das ist ein langwieriger Prozess, der für große Blenden sechs bis acht Wochen beanspruchen kann. Zusätzlich fallen durch den hohen Anteil an Handarbeit erhebliche Kosten an.

Den Ingenieur*innen wurde schnell bewusst, dass der BigRep ONE in vielen anderen Bereichen der Forschung und Entwicklung genutzt werden könnte.

In der Produktentwicklung muss jede Entwurfsiteration bewertet und verbessert werden, bis die beste Lösung gefunden ist. In manchen Fällen können Entwürfe mithilfe von Software evaluiert werden. Es gibt jedoch viele Situationen, in denen ein physischer Prototyp benötigt wird, um unter anderem die Baugröße, Passform, Leistung und Ästhetik richtig bewerten zu können. Zusätzlich ist es mit einem physikalischen Objekt möglich, Aufbau- und Befestigungsprozesse zu testen.

Um einen Prototypen für Flugzeugkabinenverkleidung herzustellen, musste man früher erst eine Form mittels CNC-Bearbeitung produzieren, dann den Glasfaserwerkstoff von Hand auflegen, und danach die Oberfläche bearbeiten. Airbus hat meist die CNC-Bearbeitung extern vergeben, und musste deshalb wochenlang warten, bevor der Glasfaserprozess überhaupt anfangen konnte. Da für jede neue Iteration auch eine neue Form benötigt wird, ist dieser Prozess extrem langwierig und teuer. Oft wurden Prototypen gar nicht erst hergestellt, so dass Ingenieur*innen keine Gelegenheit hatten, Entwürfe zu verbessern, bevor das Endprodukt produziert wurde.

Airbus 3D Printing Airplane Cabin Panels

3D-Druck spart Zeit und Geld in der Entwicklungsphase

Hoch funktionelle Teile wie Flugzeugtüren benötigen eine technisch ausgefeilte Verkleidung, die technische Leistung mit ästhetischer Erscheinung kombinieren. Die Scharniere brauchen z.B. Abdeckungen, die zum Design der Kabine passen, aber gleichzeitig spezielle Leistungs- und Sicherheitsmaßstäbe erfüllen. Da die traditionelle Glasfaserkonstruktion für Flugzeugkabinen langsam und teuer ist, kann der Hersteller die Entwürfe nur bedingt iterieren und verbessern.

Airbus hat meist die CNC-Bearbeitung extern vergeben, und musste deshalb wochenlang warten, bevor der Glasfaserprozess überhaupt anfangen konnte.

Airbus hat dieses Problem gelöst, und zwar mit einem BigRep ONE 3D-Drucker, den das Unternehmen eigentlich für die Hubschrauberentwicklung gekauft hatte. Den Ingenieur*innen wurde schnell bewusst, dass der BigRep ONE in vielen anderen Bereichen der Forschung und Entwicklung genutzt werden könnte. Sie fingen an, Prototypen von Komponenten für Flugzeuginnenräume zu drucken. Die Ingenieur*innen bei Airbus hatten zwar schon Erfahrung mit der additiven Fertigung auf kleinformatigen Druckern, waren jedoch beeindruckt von den vielen Vorteilen des großen BigRep ONE: mit einem Bauraum von einem Kubikmeter war es ihnen nun möglich, Prototypen von Verkleidungen, Auskleidungen und Abdeckungen in voller Größe zu drucken.

Airbus

Wie profitiert Airbus vom großformatigen 3D-Druck mit BigRep?

Mit dem BigRep ONE können die Ingenieur*innen bei Airbus wiederholt Teile 3D-drucken, bewerten und umkonstruieren bis der Entwurf finalisiert ist. Zusätzlich fallen dank des firmeneigenen BigRep 3D-Druckers die langen Vorlaufzeiten und die zusätzliche Logistik für das Outsourcen der Formherstellung weg. Die Verwendung von 3D-gedruckten Teilen in Originalgröße für die Entwurfsiterationszyklen vereinfacht den Prozess erheblich und spart zudem Zeit und Geld.

Für den 3D-Druck der Prototypen von großen Teilen, die akkurat genug sind, um in Flugzeuginnenräume eingebaut zu werden, wählten die Ingenieur*innen bei Airbus das Filament Ultrafuse PRO1 von BASF. PRO1 ist gut zu drucken und ergibt eine schöne Oberflächengüte ohne Verzug. Die Ingenieur*innen bei Airbus stellten fest, dass die Präzision der 3D-gedruckten Prototypen für die definierten Toleranzen ausreichten – vor allem bei großen Teilen – und dass sie deswegen zuverlässig Entwürfe kreieren und testen konnten, die dem fertigen Produkt sehr nahe kamen.

Schon jetzt druckt Airbus ständig Prototypen mit dem BigRep ONE. Nun hat das Unternehmen vor, den Drucker auch in anderen Bereichen zu verwenden. Da es sich gezeigt hat, dass 3D-gedruckte Lösungen viel Geld sparen können, haben die Ingenieur*innen bei Airbus angefangen, kleinformatige 3D-Drucker für einige Tätigkeiten in der Werkzeugrüstung zu verwenden. In Zukunft werden sie den 1-Kubikmeter Bauraum ihres BigRep 3D-Druckers zu nutzen, um großformatige Werkzeugausstattung zu drucken. Hier erfahren Sie mehr über unseren BigRep ONE.

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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About the author:

Michael Eggerdinger <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/michael-eggerdinger-a45b9814" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Michael Eggerdinger

Business Manager Materials

Michael is a toolmaker, a mechanical engineer, and a patent engineer. His years of working in manufacturing and as a project manager in various industries provide him with a profound knowledge of the main challenges in modern production processes. In 2017, he bought his first 3D printer to be used at home, and he has been hooked ever since!

Verbinden Sie CNC-Bearbeitung und 3D-Druck in der Fertigung

Fragen Sie sich auch manchmal, ob die CNC-Fertigung oder der 3D-Druck das bessere Verfahren ist? Die Antwort ist ganz einfach: “Das kommt darauf an!”

Vielfach verlässt man sich in der Produktion auf CNC Maschinen als das Rückgrat der Fertigung. Im Zuge des Aufstiegs additiver Fertigungsverfahren denken aber immer mehr Firmen darüber nach, auch den 3D-Druck in ihre Arbeitsabläufe zu integrieren oder sogar ihre CNC-Maschinen zu ersetzen. Wir geben Ihnen einen Überblick über die Möglichkeiten, die Ihnen der 3D-Druck bietet, und wie Sie beide Technologien am besten miteinander verbinden können.

Überblick CNC-Fertigung bzw. subtraktive Verfahren

CNC3DP_CNCFert

Bei der CNC-Bearbeitung werden auf einer computergesteuerten Werkzeugmaschine Bauteile aus einem Rohling herausgearbeitet, indem das “überschüssige” Material abgetragen wird. Sie stellt noch immer das kostengünstigste Verfahren zur Herstellung von Bauteilen in mittlerer bis großer Stückzahl dar. Seit Jahrzehnten erprobt, sind CNC-Maschinen in Fertigungsstätten weltweit verfügbar und es existiert umfangreiches Wissen rund um die gesamte Prozesskette. Durch seine Vielseitigkeit in Bezug auf bearbeitbare Materialien, herstellbare Geometrien sowie erreichbare Oberflächengüten und Toleranzwerte stellt die CNC-Technik in vielen Fällen das Mittel der Wahl dar.

CNC3DP_Subtractive_cropped

Allerdings ist die Herstellung eines Bauteils mittels CNC-Fräsen – insbesondere bei höherer Komplexität der Geometrie oder anspruchsvollen Werkstoffen – immer noch ein hochspezialisierter Prozess. So werden gut ausgebildete Konstrukteure und Programmierer benötigt, was zu vergleichsweise hohen Personalkosten führt. Oftmals sind spezielle Spannwerkzeuge erforderlich, die dann wieder konstruiert und gefertigt werden müssen. Gerade bei kleinen Stückzahlen treibt das die Stückkosten deutlich in die Höhe. Dazu kommt die nicht immer gewährleistete Verfügbarkeit und hohe Kosten für das Material. Je höher der Zerspanungsgrad, desto höher auch die Werkstoffkosten für den Rohling im Vergleich mit dem fertigen Bauteil.

Überblick 3D-Druck (bzw. additive Verfahren)

CNC3DP_3DDruck

Der 3D-Druck in seinen unterschiedlichen Ausprägungen stellt zwar schon seit vielen Jahren ein etabliertes Fertigungsverfahren dar, ist aber gerade in der Industrie bei weitem noch nicht so stark verbreitet wie die spanende Fertigung. Gerade zur Herstellung kleiner bis mittlerer Stückzahlen oder Prototypen hält insbesondere das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) aber in verschiedenen Industriesektoren immer mehr Einzug. Hierbei wird ein Kunststoff aufgeschmolzen, durch eine Düse in Schichten aufgetragen und dabei zu einem Bauteil aufgebaut. Da abgesehen von eventuell erforderlichen Stützstrukturen nur genau die Menge an Material verwendet wird, die später das fertige Objekt bildet, entsteht so gut wie kein Abfall. Der Druck findet direkt auf der ebenen Druckplatte statt, so dass keine Spannwerkzeuge erforderlich sind. Zudem erfordert es nur wenig spezifisches Wissen, um einen BigRep-Drucker einzurichten und einen Druckvorgang zu starten. Das Verfahren selbst limitiert in keinster Weise den Gestaltungsprozess der Bauteile; beinahe jede gewünschte Geometrie kann gedruckt werden. So lassen sich auch eingefahrene Denkmuster in Konstruktion und Entwicklung überwinden. Technical Operations Manager bei der Nikola Motor Company: „Man kann tatsächlich den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess neu überdenken!“ 

CNC3DP_Additive_cropped

Bedingt durch den Prozess ist allerdings die Qualität der Oberflächen meist nicht mit der von gefrästen Bauteilen zu vergleichen und erfordert mehr oder weniger aufwendige Nachbearbeitungen. Und auch wenn inzwischen immer enger tolerierte Bauteile gedruckt werden, so können sie auch in dieser Hinsicht meist nicht mit gefrästen Werkstücken mithalten. Schlussendlich ist auch die Auswahl an Materialen beschränkt; per FFF lassen sich nur Kunststoffe verarbeiten, die aufgeschmolzen werden können.

Wie können Sie Ihren 3D-Drucker am besten einsetzen?

MONTAGEHILFEN

CNC3DP_handheldtool

Ein sehr anschauliches Beispiel stellt diese handgeführte Montagehilfe dar, die bei der Montage von Autos zum Einsatz kommt. Das Bauteil mit einer Länge von über 120 cm sollte ursprünglich in aus Aluminium gefräst werden. Die Kosten hierfür, einschließlich Maschinen-, Personal- und Materialkosten, hätten ungefähr 10.000 USD betragen, bei einer Lieferzeit von ca. zwei Wochen. Bei einer Vergabe des Auftrags an einen Zulieferer aus China hätte der Preis immerhin noch bei 5.800 USD gelegen, die Lieferzeit wäre ähnlich der bei einer In-House-Fertigung gewesen. Schlussendlich wurde entschieden, das Bauteil aus HI-TEMP CF auf einem BigRep PRO zu drucken. Die komplette Fertigungsdauer betrug ungefähr 2 Tage, dabei entfielen ca. zwei Drittel der Zeit auf den Druck. Da die gesamten Kosten sich auf nur 790 USD beliefen, ergab sich hier eine Einsparung von ca. 86 %! Als angenehmer Nebeneffekt für die Mitarbeiter, die das Bauteil in ihrem Arbeitsalltag handhaben müssen, ist auch das im Vergleich zu einer aus Aluminium gefrästen Variante um über 50 % geringere Gewicht. Alles in allem ein sehr lohnenswerter Einsatz des BigRep PRO.

SERIENBAUTEILE

CNC3DP_serialparts

Boyze Technologies setzt den 3D-Druck ein, um Serienbauteile für ihre im Auftrag von Verizon hergestellten 5G-Kiosks zu fertigen. Aufgrund der besonderen Form wäre es sehr zeitaufwendig gewesen, diese Teile zu fräsen und es hätte besonders umfangreiche Vorbereitungen und einige Nachbearbeitungsschritte erfordert. Weil das bei den gedruckten Bauteilen nicht notwendig war, lag in diesem Anwendungsfall ein besonderes Einsparpotential im Personaleinsatz. Und da mehrere unterschiedliche Teile gleichzeitig gedruckt werden konnten, ließ sich auch der Bauraum des Druckers bestmöglich ausnutzen.

Wie können Sie 3D-Druck und CNC-Bearbeitung kombinieren?

Der Nutzen der additiven Fertigung lässt sich nochmal steigern, wenn sie in cleverer Weise mit anderen Fertigungsverfahren kombiniert wird. Gedruckte Objekte lassen sich an mechanisch höher belasteten Stellen mit aus Metall gefertigten Bauteilen verstärken. Ein Beispiel hierfür sind Gewindebuchsen aus Messing, die in Kunststoffgrundkörper eingesetzt werden. Gedruckte Teile können auch spanend nachbearbeitet werden, um kritische Toleranzen oder erforderliche Oberflächengüten einzuhalten, oder um Gewinde einzufräsen. Und Aufnahmen, Spannvorrichtungen und Positionierschablonen aus dem Drucker erleichtern auch die Arbeit an CNC-Maschinen. Durch die intelligente Verbindung von 3D-Druck und CNC-Bearbeitung können Anwender also von den Vorzügen beider Welten profitieren.

Auch bei der Entwicklung und Fertigung einfacher Vorrichtungen, wie Positionierhilfen, Montagevorrichtungen oder Werkstückaufnahmen ist der Drucker sehr hilfreich. Ein Beispiel hierfür ist die unten abgebildete Aufnahme für ein Aluminiumbauteil. Riley Gillman bei Nikola stand vor der Aufgabe, ein gefrästes Bauteil wiederholbar und sicher in einer Koordinatenmessmaschine zu positionieren. Aufgrund spezieller geometrischer Anforderungen konnte das Bauteil selbst nicht gedruckt werden, musste also auf einer CNC-Maschine gefräst werden. Es hätte aber zusätzliche Maschinenzeit und eines unverhältnismäßig großen Rohlings bedurft, um auch die Aufnahme aus Aluminium zu fräsen. Gillman entschied sich also dafür, sie auf seinem BigRep PRO zu drucken. Hier lagen nur wenige Stunden zwischen der Idee und dem fertigen Bauteil, und das bei Materialkosten von unter 20 USD!

CNC3DP_fixture

Bei Nikola hat man gerade in den letzten Jahren die Erfahrung gemacht, dass die Verfügbarkeit sowohl externer Zulieferer als auch der benötigten Materialien immer weiter abgenommen hat. Der Drucker bietet hier Flexibilität und Unabhängigkeit.  

Riley Gillman fasst die Randbedingungen zusammen, die seine Entscheidung für den Einsatz des 3D-Druckers beeinflussen: „Wir fertigen hier oft sehr große Bauteile, und das oft mit sehr knappen Zeitvorgaben. Die Geometrie der Teile spielt auch eine große Rolle; manche der Bauteile sind schlichtweg zu komplex, um sie mit herkömmlichen Verfahren zu produzieren. Und manchmal haben wir auch einfach nicht das Budget, um Teile anders als mittels 3D-Druck herzustellen!“

Welche Vorzüge bietet Ihnen also der Einsatz additiver Verfahren?

Bei Nikola findet der 3D-Druck immer häufiger dann Verwendung, wenn große Bauteile schnell verfügbar sein müssen, bzw. wenn Iterationen eines Bauteils durchgespielt werden sollen. Aufgrund der Möglichkeit, schnell und einfach Änderungen an 3D-Modellen vorzunehmen und sie dann ohne lange Vorlaufzeiten In-House fertigen zu können, lassen sich Entwicklungszeiten drastisch reduzieren. Prototypen zum Anfassen sind schneller verfügbar und vermitteln damit einen besseren Eindruck des Endprodukts.

Ist der 3D-Druck für Sie auch finanziell lohnenswert?

Natürlich ist es für Unternehmen wichtig zu wissen, ob sich eine Investition in kommerzieller Hinsicht lohnt bzw. wie lange es dauert, bis sich die Anschaffungskosten amortisiert haben. Hierzu ein kleines Rechenbeispiel aus der Praxis: Wenn Sie ein großes Bauteil extern drucken lassen, dann kann das inklusive Iterationen bis zu 5.000 USD pro Woche kosten. Bei vier ähnlich großen Bauteilen pro Monat entstehen in diesem Zeitraum Kosten von bis 20.000 USD. Vergleicht man diese Summe mit den Anschaffungskosten für einen eigenen 3D-Drucker, dann zeigt sich sehr schnell auch der finanzielle Vorteil eines Druckers in der eigenen Produktion.

Welches Verfahren ist also jetzt das bessere für Sie?

Nach diesen Ausführungen wird die Antwort „Das kommt darauf an“, die wir oben gegeben haben, hoffentlich verständlicher. Jedes der beiden Verfahren hat seine Berechtigung und seine ganz speziellen Anwendungsfälle, und daher wird der 3D-Druck auch in Ihrem Unternehmen die CNC-Fertigung (vermutlich) nicht gänzlich ersetzen.

Aber insbesondere wenn Sie auf eine gegenseitige Ergänzung beider Prozesse abzielen, dann hat die Anschaffung eines 3D-Druckers für Sie mit Sicherheit folgende Vorteile: 

  • Sie gewinnen an Flexibilität und Unabhängigkeit.
  • Sie sparen Zeit und Kosten.
  • Sie erweitern Ihr Fertigungsspektrum.
  • Der 3D-Druck ermöglicht Ihnen, interne Prozesse zu überdenken und zu verbessern.

Wenn das für Sie interessant ist, dann sprechen Sie mit einem unserer Experten! Wir beraten Sie gerne und zeigen Ihnen, welcher unserer Drucker der geeignete für Sie und Ihre Anwendungen ist. Schicken Sie uns eine CAD-Datei eines Musterbauteils, und wir berechnen für Sie die Druckdauer und Kosten!

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Michael Eggerdinger <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/michael-eggerdinger-a45b9814" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Michael Eggerdinger

Business Manager Materials

Michael is a toolmaker, a mechanical engineer, and a patent engineer. His years of working in manufacturing and as a project manager in various industries provide him with a profound knowledge of the main challenges in modern production processes. In 2017, he bought his first 3D printer to be used at home, and he has been hooked ever since!

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