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Industrie 4.0, Automobilindustrie, Innovation

3D-Druck und Spritzgießen – lassen sich diese beiden Technologien kombinieren?

17 März 2022

Die Automobilindustrie ist seit jeher bestrebt, neue Technologien und Verfahren in den Fertigungsprozess einzubringen. Der starke Wettbewerb und der ständig wachsende Bedarf der Autofahrer treiben die Innovation in vielen Bereichen entscheidend voran. Das gilt auch für die Herstellung einzelner Bauteile – hier kommen derzeit unter anderem der 3D-Druck und das Spritzgießen zum Einsatz. Was sind die Merkmale dieser Technologien? Lassen sie sich kombinieren?

3D-Druck und Spritzgießen in der Automobilindustrie

Diese Technologien können sowohl bei der Herstellung von Innen- als auch von Außenteilen von Fahrzeugen eingesetzt werden. Mit ihrer Hilfe werden Bauteile wie Stoßstangen, Türverkleidungen, Einstiegsleisten, Lüftungsschlitze, Türgriffe oder Teile des Armaturenbretts hergestellt. Was sind die Merkmale dieser beiden Technologien?

 Front shock absorber from EPP.
Vorderer Stoßdämpfer aus EPP.

Die Ursprünge des 3D-Drucks, auch bekannt als additive Fertigung, gehen auf die späten 1980er Jahre zurück. Obwohl sich die Entwicklung dieser Technologie über mehrere Jahrzehnte erstreckt hat, ist sie immer noch recht innovativ und äußerst nützlich – ihr wichtigster Vorteil ist die Fähigkeit, dreidimensionale greifbare Modelle herzustellen, die das digitale Modell nachbilden Der 3D-Druck kommt in vielen Industriezweigen zum Einsatz, so auch in der Automobilindustrie, wo er in fast jeder Fertigungsstufe verwendet wird. Die Technologie wird u. a. für den Prototypenbau, die Herstellung von Ersatzteilen und kompletten Komponenten eingesetzt. Diese Lösung hat viele Vorteile – unter anderem ein geringes Gewicht der mit der additiven Fertigungstechnologie hergestellten Teile und eine hohe Haltbarkeit.

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3D-Druck vs. Spritzgießen – worin liegt der Unterschied zwischen diesen Technologien?

Das Spritzgießen ist eine Alternative zum 3D-Druck. Es ist auch in der Automobilindustrie weitgehend anerkannt. Bei diesem Herstellungsverfahren wird eine plastifizierte Werkstoffmasse in einen Formhohlraum eingespritzt, der anschließend abgekühlt wird, um das Produkt zu verfestigen. Dieser Prozess muss unter einem bestimmten Druck ablaufen, wobei nach der Verfestigung der plastischen Masse die gewünschte Form erreicht wird. Die Unterschiede zwischen diesen Verfahren sind beträchtlich, denn sie betreffen nicht nur die Technologie selbst, den Umfang der Produktion, sondern auch die eingesetzten Werkzeuge. Dies wirkt sich auf die Kosten für die Herstellung der Bauteile, ihre Haltbarkeit und das Tempo des gesamten Verfahrens aus. Nichtsdestotrotz haben beide Techniken ihre Vorteile – außerdem ist es möglich, die Vorzüge des 3D-Drucks und des Spritzgießens zu kombinieren.

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3D-Druck vs. Spritzgießen – wann man welches Verfahren anwenden sollte

 Front shock absorber from EPP.
 

Der 3D-Druck wird am häufigsten in Situationen eingesetzt, in denen kurze Vorlaufzeiten entscheidend sind oder wenn Entwürfe immer wieder geändert werden müssen. Er eignet sich auch gut für die Herstellung von Kleinserien (bis zu 100 Teile) und relativ kleinen Bauteilen.
Das Spritzgießen hingegen ist eine geeignete Option, wenn längere Vorlaufzeiten möglich sind und für die Großserienproduktion ohne Prototypenbau. Das Verfahren ist außerdem sehr flexibel und kann zur Herstellung von Teilen jeder Größe und Komplexität verwendet werden.

Daher ist der 3D-Druck insbesondere für Kleinserien und den Prototypenbau ein guter Ausgangspunkt für die Fertigung.

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Vor- und Nachteile von 3D-Druck und Spritzgießen

Der 3D-Druck (additive Fertigung) hat niedrige Implementierungskosten, was besonders für kleine, aufstrebende Unternehmen wichtig sein kann. Außerdem ist es möglich, Änderungen vorzunehmen oder Fehler im Design zu beheben, weshalb sich dieses Verfahren ideal für die Phase des Prototypenbaus eignet. Allerdings hat dieses Verfahren auch seine Nachteile. Der wichtigste davon ist die begrenzte Anzahl von Produkten, die gleichzeitig gedruckt werden können, was sich auf das Tempo des gesamten Herstellungsprozesses auswirkt.

Zu den wichtigsten Vorteilen des Spritzgießens gehören hohe Produktionsraten, eine hervorragende Haltbarkeit des Endprodukts und die Möglichkeit, fehlerfreie Teile in Massenproduktion herzustellen, was die Kosten erheblich senkt. Der Nachteil liegt jedoch in den gestalterischen Einschränkungen, die sich aus der Formengeometrie ergeben, sowie in den Problemen bei der Umsetzung von Änderungen. Der letzte Aspekt kann jedoch durch eine entsprechende Projektvorbereitung abgemildert werden. Außerdem ist das Spritzgießen zwar mit höheren Einführungskosten verbunden, erweist sich aber bei hohen Stückzahlen schnell als sehr kostengünstiges Verfahren.

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Lassen sich die Vorteile dieser beiden Verfahren kombinieren?

Bis vor kurzem galten 3D-Druck und Spritzguss als zwei konkurrierende Verfahren, aber die Automobilindustrie beweist, dass sich diese Technologien erfolgreich ergänzen und neue Vorteile für Unternehmen bringen können. Der 3D-Druck ist ein unverzichtbares Verfahren vor allem in der Phase des Prototypenbaus des Spritzgießprojekts, dem immer eine eingehende Analyse vorausgehen muss, um sicherzustellen, dass das gewünschte Teil seine nützlichen und optischen Funktionen erfüllt. Bevor Sie sich für die Umsetzung des Projekts entscheiden, ist es sinnvoll, einen Prototyp mit einem 3D-Drucker zu erstellen. Auf diese Weise werden Fehler vermieden und es wird sichergestellt, dass die Lösung mit den Zielen und Erwartungen des Kunden übereinstimmt.

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Automobilkomponenten – vom Formenbau bis zur Teilefertigung

Knauf Automotive hat sich der Innovation im Automobilbereich verschrieben. Die Kombination von 3D-Druck und Spritzguss eröffnet deutlich mehr Möglichkeiten und führt zu höherwertigen Endbauteilen wie beispielsweise Teile für das Armaturenbrett, Tür- und Fenstersäulen, Dachmodule, Radkästen und Kühlergrills.

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Jeder Formenentwurf wird einer eingehenden Analyse unterzogen, damit in der Endphase der Herstellung kein Raum für Fehler bleibt. Das Erreichen der angestrebten Ziele ist dank der 3D-Druckmethode möglich, die beim Prototypenbau durch nichts zu ersetzen ist. Dieser Ansatz ermöglicht Korrekturen und die frühzeitige Beseitigung von Unstimmigkeiten mit vorhergehenden Spezifikationen. Knauf Automotive verwendet die vielseitige NX-Software von Siemens und Catia für die Konstruktion der Formen und die Herstellung der Prototypen.

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