Mercedes-Benz Lkw ist weltweit Technologieführer beim Einsatz von 3D-Druckteilen und produziert künftig auch komplexe metallische Ersatz- und Sonderbauteile in höchster Qualität. Der Blick in den Innenraum des 3D-Druckers zeigt die ersten gedruckten Thermostatabdeckungen, die noch mit der Bauplattform verbunden sind. Nach dem Entfernen von Plattform und stützender Struktur wird das abgesaugte, gesiebte und gereinigte Aluminium-Silizium- Metallpulver ökologisch der Wiederverwendung zugeführt. Mercedes-Benz Trucks is the worldwide technological leader in the use of 3D printed components, and will in future also produce complex metallic spare and special parts in first-class quality. The view into the interior of the 3D printer shows the first printed thermostat covers, which are still connected to the work platform. After removal of the platform and support structure, the aluminium/silicon metallic powder is removed by suction, sieved, cleaned and ecologically fed back into the recycling system. Zoom
Foto: Daimler AG - Communications

3D-Druck

Direktes Anfertigen von Ersatzteilen

Längst setzen die Hersteller in ihrer Ersatzteilstrategie nicht mehr nur auf prall gefüllte Lager. In einigen Bereichen kommen bereits 3D-Drucker zum Einsatz. Je nach Material gibt es verschiedene Verfahren.

Lagerhaltung ist teuer und lohnt sich für Ersatzteile älterer Fahrzeugbaureihen nicht immer. Eine Technologie, die noch vor einigen Jahren nur den Entwicklungsabteilungen vorbehalten war, setzt sich immer mehr auch im größeren Maßstab durch. Die Rede ist vom Rapid Prototyping, besser bekannt als 3D-Druck auf Basis von CAD-Modellen des jeweiligen Werkstücks. Darunter rangieren je nach Werkstoff verschiedene Verfahren. Daimler hat jüngst mit der Produktion von Metallersatzteilen für den Unimog begonnen. Basis hierfür ist das selektive Laserschmelzen (SLM). Um ein Teil herzustellen, trägt das Gerät zunächst eine Schicht des pulverförmigen Werkstoffes auf, in diesem Fall eine Aluminium-Silizium-Verbindung. Laser schmelzen gezielt die Bereiche, aus denen das Ersatzteil entstehen soll.

Danach erstarrt das gelaserte Material und der Prozess läuft mit einer neuen Pulverschicht weiter. Lage für Lage wächst das Werkstück so in die Höhe. Am Ende ist es laut Daimler dichter und reiner als ein vergleichbares Gussteil und ebenso belastbar. Abgesehen vom Drucker entfallen dabei kostspielige Spezialwerkzeuge. Zudem können solche Ersatzteile dezentral entstehen, also theoretisch direkt in der Werkstatt.

Glas stellt Hersteller vor große Herausforderungen

Dabei spielt es keine Rolle, wie lange die Baureihe schon nicht mehr produziert wird. Auch Einzelanfertigungen sind kein Problem. Auf dieselbe Weise lassen sich auch Ersatzteile aus Kunststoff herstellen. Hier spricht man vom selektiven Lasersintern (SLS). Eher für den Hausgebrauch hat sich ein einfacheres Verfahren durchgesetzt, das ohne Pulver arbeitet. Ein auf drei Achsen beweglicher Druckkopf verflüssigt einen Kunststofffaden und spritzt ihn über eine Düse auf die Arbeitsfläche. Überschüssiges Pulver gibt es bei dieser Variante nicht. Dafür erreichen die so gefertigten Werkstücke nicht die Oberflächengüte, die beim Lasersintern entsteht, und sind daher speziell als Ersatzteile im Automotivebereich nur bedingt geeignet. Während sich Kunststoff und mittlerweile auch Metall recht gut mit 3D-Druckern verarbeiten lassen, stellt Glas die Hersteller bisher vor große Herausforderungen.

Der bisher einzige Weg, Glas zu drucken, ist die Applikation über eine Düse. Doch auch beim Glas kommt es zu ähnlichen Problemen wie beim Kunststoff: Die Oberfläche ist rau, das Werkstück porös und voller Hohlräume. Abhilfe will das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) schaffen. Das Institut nutzt die Prinzipien der Stereolithographie. Grundsätzlich entsteht das Modell aus flüssigem lichtempfindlichem Kunststoff. Gezielte Lichtimpulse härten die Flüssigkeit punktuell aus. Um so Glas zu drucken, mischen die Forscher Nanopartikel aus hochreinem Quarzglas mit einer kleinen Menge des Flüssigkunststoffes. Wie beschrieben entsteht aus dem Gemisch nach und nach ein Werkstück. Lösungsmittel waschen das überflüssige Material ab. Im Anschluss erhitzen die Forscher das Bauteil und entfernen so den noch eingemischten Kunststoff. "Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen. Sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen", erklärt Dr. Bastian E. Rapp, Leiter des Projektteams.

Zoom Mercedes-Benz Lkw ist weltweit Technologieführer beim Einsatz von 3D-Druckteilen und produziert künftig auch komplexe metallische Ersatz- und Sonderbauteile in höchster Qualität. Der Blick in den Innenraum des 3D-Druckers zeigt die ersten gedruckten Thermostatabdeckungen, die noch mit der Bauplattform verbunden sind. Nach dem Entfernen von Plattform und stützender Struktur wird das abgesaugte, gesiebte und gereinigte Aluminium-Silizium- Metallpulver ökologisch der Wiederverwendung zugeführt. Mercedes-Benz Trucks is the worldwide technological leader in the use of 3D printed components, and will in future also produce complex metallic spare and special parts in first-class quality. The view into the interior of the 3D printer shows the first printed thermostat covers, which are still connected to the work platform. After removal of the platform and support structure, the aluminium/silicon metallic powder is removed by suction, sieved, cleaned and ecologically fed back into the recycling system. Foto: ConceptLaser
Laserstrahlen bringen das lose Grundmaterial gezielt zum Schmelzen.

Amazon lässt sich mobilen 3D-Druck patentieren

Immerhin zentimetergroße Werkstücke lassen sich auf diese Weise formen. Auf den ersten Blick kommen vor allem Metall- und Kunststoff-ersatzteile für den Einsatz im Automobil infrage. Doch auch für den Glasdruck gibt es laut Rapp zahlreiche Anfragen aus der Automobilindustrie, besonders aus dem Bereich Beleuchtung, zum Beispiel integrierte Optiken für Scheinwerfer. Neben den Herstellern sind indes auch Logistiker nicht untätig. Panalpina erwägt 3D-Drucker in seinen Logistikzentren zu installieren. Amazon geht einen Schritt weiter und nimmt den Begriff Just in time wörtlich. Vor fast drei Jahren ist ein Patent des Onlinegiganten für den mobilen 3D-Druck direkt im Lieferwagen aufgetaucht. Die Weichen für eine druckvolle Zukunft sind also gestellt.

Dieser Artikel stammt aus Heft lastauto omnibus 10/2017.
Hier finden Sie alle Artikel dieser Ausgabe im Überblick.
Ford Transit Custom

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Datum

10. Oktober 2017
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