Dr. Wolfgang Seeliger, Armin Müller und Dr.-Ing. Sven Donisi diskutieren.

Mit innovativen Ideen Grenzen verschieben

Oft wird additive Fertigung in einem Atemzug mit 3D-Druck genannt oder gleichstellt – dabei verbirgt sich hinter dieser Technik viel mehr. So lassen sich nun Teile produzieren, die mit „klassischen“ Fertigungsverfahren nicht möglich gewesen wären. Welche Vorteile Leichtbau mit sich bringt,

welche Rolle die Digitalisierung dabei spielt und wo additive Fertigungsverfahren noch an Grenzen stoßen, hat #6789-Redakteur Alexander Hauber im Interview mit Armin Müller (Emm! Solutions GmbH), Dr.-Ing. Sven Donisi (Rosswag GmbH) und Dr. Wolfgang Seeliger (Leichtbau BW GmbH) besprochen.

#6789: Welcher Mehrwert lässt sich durch den Einsatz additiver Herstellungsverfahren erzielen und wo liegen die Vorteile?

Müller: Der größte Vorteil des 3D-Drucks ist der direkte Übergang aus dem CAD in das Produkt. Wenn ich an den Automobilbau denke, hat man oft ein schönes Produktdesign, aber der Stand im CAD ist ein ganz anderer. Wenn das Teil nun direkt aus dem CAD heraus gedruckt wird, stellt man fest, was alles funktioniert und was nicht. Kurzum: Der 3D-Druck macht die digitale Welt greifbar und erlebbar.
Weitere Vorteile entstehen für den Leichtbau. Dort beschränkt sich der Mehrwert nicht nur auf ein Feld: Wenn man im Auto durch Leichtbauteile das Gewicht um fünf Prozent reduziert, dann hat man zuerst einmal weniger Material eingesetzt was Kostenvorteile bringt, zweitens hat man das Auto in der Fahrdynamik verbessert und drittens lassen sich durch das geringere Fahrzeuggewicht Energie und CO2 reduzieren.

Seeliger: Wir haben durch die additive Fertigung Möglichkeiten Dinge zu produzieren, die wir vorher nicht herstellen konnten. Wir können nun Bauteile mit einer inneren Struktur fertigen. Früher hätte man so ein Teil als Rohr oder als Vollmaterial hergestellt. Das Vollmaterial ist stabil und schwer, das Rohr hingegen ist leicht, aber nicht mehr stabil genug – jetzt kann man einen Kompromiss finden und solche Teile produzieren, die vorher nicht möglich waren.
Außerdem schauen wir beim Leichtbau insgesamt sehr viel stärker auf die Mehrwertseite: Welchen Mehrwert kann ich für den Kunden erzeugen? Ich glaube, da sind wir bei der additiven Fertigung gerade erst am Anfang. Jetzt gilt es nach diesen kreativen Ideen zu suchen, was bisher eben nicht realisierbar war. Das ist wie eine große, weiße Landkarte, in der wir ganze Kontinente noch nicht entdeckt haben. Für solche Teile kann man dann auch entsprechende Preise verlangen. Dann spielen die Kosten keine so große Rolle mehr.

Donisi: Die additive Fertigung ist ein breites Feld. Wir sind beispielsweise auf Metall spezialisiert. Die Anfänge wurden im Kunststoffbereich gemacht. Jetzt ist es so, dass durch den Metalldruck die Bauteile sehr stark an Wertigkeit zunehmen und dadurch auch an Akzeptanz. Denn früher war es etwa im Prototypenbereich so, dass die Teile zwar den Anforderungen später im Einsatz entsprechen sollten, aber das mit dem Material Kunststoff nicht machbar war.

In welchen Bereichen sind die neuen Verfahren besonders wirtschaftlich?

Müller: Etwa in der Prototypenfertigung bei sehr kleinen Stückzahlen und zwar wenn ich genau zum aktuellen Konstruktionsstand einen Prototypen benötige. Da sind die Fertigungskosten zunächst höher, aber durch die direkte Umsetzung ist, in Summe betrachtet, die Teileherstellung dennoch deutlich günstiger.

Donisi: Ich denke zum Beispiel an Integralbauweise und die Gesamtbetriebskosten über den ganzen Fertigungszyklus hinweg. Wenn ich etwa merke, dass ich aus zehn oder 15 Bauteilen plötzlich eines machen kann, das sich in einem Druckvorgang herstellen lässt, dann lohnen sich diese Verfahren oft. Ein anderer Faktor ist Zeit: Wenn ich heute ein Sonderwerkzeug beschaffen muss, sind es locker sechs bis zehn Wochen, die ins Land gehen, bis die Konstruktion in irgendeiner Form abgeschlossen und dann eine Fertigung dieses Werkzeugs erfolgt ist. Mit dieser Technologie können Sie innerhalb einer Woche ein Ergebnis erzielen, mit dem sie dann auch etwas anfangen können.

Seeliger: Das ist dann natürlich ein enormer Wettbewerbsvorteil, wenn man die Entwicklungszyklen und somit die Zeit bis zur Markteinführung verkürzen kann. Dabei ist gerade die von Herrn Müller angesprochene Digitalisierung wichtig: Da wir gerade im Leichtbau an die Grenzen des Materials und der Struktur gehen, müssen wir immer wieder virtuell testen und ausprobieren, ob die Teile wirklich halten, um das Testergebnis wieder zurück in den ursprünglichen Konstruktionsprozess einfließen zu lassen. Mit der Digitalisierung kann ich diesen Prozess beschleunigen. Da sehen wir das Dreieck zwischen  Leichtbau, Digitalisierung und additiver Fertigung, was tatsächlich insgesamt zu einem erheblichen Mehrwert führt.

Wo lohnt sich der Einsatz nicht, beziehungsweise wo stößt man (im Moment noch) an Grenzen?

Donisi: Ein großes Problem ist, dass es noch keine verbindlichen Standards und Spezifikationen gibt. Das heißt der Weg zur Serie ist dadurch noch ein weiter Weg. Und es sind auch immense Investitionen nötig. Es ist nicht nur dieser Drucker, man braucht auch Peripherie außen herum. Denn das Bauteil zu drucken ist eines. Das Ingenieurswissen, was darin steckt, dieser geistige Akt, das ist eigentlich das Entscheidende. Diesen Findungsvorgang und das Know-how, will nur im Moment kaum jemand bezahlen. Dabei ist dies der eigentlich größere Wert. Das muss auch in der Industrie noch ankommen.

Seeliger: Investitionen sind dabei nicht nur von der Unternehmerseite zu leisten. Ich glaube, dass auch die öffentlichen Hand noch etliche Grundlagen entwickeln und erforschen muss.So ein Thema ist zum Beispiel die Wiederholgenauigkeit. Man muss dort sehr genau in die Prozesse und Verfahren eindringen, um diese besser zu verstehen und optimieren zu können – und um diese eben günstiger zu machen und vielleicht auch einmal zu einer Serienproduktion zu kommen.

Müller: Problematisch ist derzeit auch die Kombination verschiedener Materialien, wenn man diese zusammen druckt. Bei Kunststoff muss man etwa noch Erfahrungen sammeln, wie diese Teile sich über die Lebensdauer verhalten. Das Thema ist eben kein Hobby, bei dem man sich einen Drucker für 1000 Euro kauft und dann ist die Sache erledigt. Es geht um richtiges Prozess-Know-how. Wir hatten zum Beispiel eine Passung für eine Radlagerung gedruckt. Nach dem ersten Druck haben wir das Teil ein zweites Mal drucken lassen, aber dieses mal um 90 Grad gedreht. Das war ein kompletter Unterschied: Einmal war die Passung oval, das andere mal war sie rund. Das muss man wissen. Die ovale Passung mussten wir für unseren Einsatz nacharbeiten, die runde Passung hat ohne Nacharbeit funktioniert. Das Wissen um solche Prozessthemen ist entscheidend.

Wie wird sich die Fertigungslandschaft in den kommenden Jahren verändern? Wo eröffnen sich vielleicht auch neue Geschäftsfelder?

Seeliger: Ich denke schon, dass es langfristig erhebliche Verschiebungen an der Wertschöpfungskette geben kann. Teile der Wertschöpfung werden sich von der Produktionsarbeit hin zur Entwicklungsarbeit verlagern. Man mag da immer nicht so den Teufel an die Wand malen, aber eine ähnliche Entwicklung kennt man aus der Printindustrie. Aber es gibt viele Chancen und wenn man diese frühzeitig erkennt und ergreift, ist da wirklich etwas möglich. Es geht auch um die Kombination verschiedener Herstellungsverfahren. Die klassische Fertigung wird nicht obsolet, sondern durch neue Techniken ergänzt werden, die in ein optimales Produktionsnetzwerk eingebettet werden müssen. Dieses kann lokal arbeiten oder – wenn alle Prozesse digitalisiert sind – ganz woanders stattfinden, also eine Entwicklung in Richtung globaler Produktionsverbünde.

Donisi: Es wird bei dieser Technologie ja immer wieder von einer Revolution gesprochen. Das wird es nicht sein. Dabei wird medial gerade sehr stark gehypt, dass quasi alles möglich ist – und das ist eben nicht der Fall. Denn es ergibt oft keinen Sinn, ein Teil so zu fertigen, weil es schlichtweg zu teuer ist. Es geht wie Herr Seeliger bereits sagte vielmehr um die Kombination von Fertigungstechnologien. Ich glaube, es wird irgendwann eine Trennung stattfinden in Firmen, die sich rein auf die Produktion dieser Bauteile fokussieren werden, und es wird andererseits Unternehmen geben, die sich mit dem Gedankenprozess und der Konstruktion sowie dem Entwurf der Teile auseinandersetzen. Man wird immer ein Stück weit schauen müssen, das Know-how zu behalten. Denn wenn es in die Massenproduktion geht, wird es für deutsche Unternehmen immer mehr uninteressant. Im Automobilsektor reden wir beispielsweise von ganz anderen Stückzahlen, die in die Millionen gehen. Wenn man dann überlegt, wie lange der Druck eines Bauteils läuft, braucht man dort andere Ansätze.

Welche Rolle spielt die Digitalisierung im Leichtbau?

Müller: Leichtbau wird durch die Digitalisierung optimal umgesetzt, da eine Optimierung bezüglich Ressourcen- und Funktionseffizienz ermöglicht wird. Die kreative Idee, die Skizze von Bleistift und Papier, packe ich über die Zeichnung in die digitale Welt und optimiere die Zielkriterien mit Hilfe der Simulation. Dann wird geprüft, ob das Ganze funktioniert, ob die Dimensionen stimmen und, zum Schluss, wird das Teil per 3D-Druck ohne weitere Prozessschritte hergestellt.
Besonders in den Extremanwendungen, wie etwa in einem Rennwagen, wird die Bedeutung des Leichtbaus klar, real und erlebbar. Man kann sagen: Leichtbau zeigt, was möglich ist. Dadurch ist Leichtbau auch ein großer Innovationsfaktor, um Produkte besser und effizienter zu machen. Ein Nachteil ist, dass Leichtbau,  durch die vielfältigen Möglichkeiten, auch relativ komplex ist.

Seeliger: Und dafür braucht man wiederum die Digitalisierung. Die zahlreichen Rückkopplungsschleifen kann man dann wirklich nicht mehr mit Papier und Bleistift erledigen.

//Foto: Leif Piechowski

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