3D-Druck von Ersatzteilen! Was macht Triscan?

Schon seit längerem berichten die Medien kontinuierlich über 3D-Druckanwendungen in verschiedenen Branchen, bei Triscan verfolgen wir diese Entwicklung aufmerksam. Wir stehen nicht nur am Rand und schauen zu - wir tun mehr als das. In diesem Artikel erhalten Sie einen Einblick in unsere Gedanken und Handlungen in diese Richtung sowie in die Technologien hinter dem viel diskutierten 3D-Druck.

Es bedarf keiner ausgeprägten Fantasie um sich vorstellen zu können, wie der 3D-Druck die Ersatzteilbranche, wie wir sie heute kennen, verändern könnte. Stellen Sie sich vor, Ersatzteile beim Entstehen des Bedarfs auf Knopfdruck produzieren und liefern zu können ohne Lagerrückständen überhaupt einen Gedanken schenken zu müssen. Stellen Sie sich vor, nie auf eine Fehldisposition, die zu Lagerregalen mit nicht verkauften Teilen führte zurückzublicken zu müssen. Das hört sich doch schön an - oder? Aber ist das überhaupt möglich?

Um der Antwort auf diese Fragen näher zu kommen, haben wir das Dänische Technologische Institut besucht, dort hat Leiter der Abteilung für industrielle Materialtechnologie, Claus Erichsen Kudsk, unser Wissen über die Entwicklung des 3D-Drucks auf den neuesten Stand gebracht. Im Technologischen Institut wurde die Entwicklung des 3D-Drucks nicht nur von Anfang an verfolgt, sondern auch 3D-Drucke produziert und Dänische Firmen bezüglich Rapid Prototyping (Herstellung von Modellmodellen und Prototypen im Zusammenhang mit Produktentwicklungsprojekten), Rapid Manufacturing und Additive Manufacturing (Verwendung von 3D-Druck) beraten.

Darüber hinaus haben wir bei Triscan intern zwei Mitarbeiter mit Erfahrung und Interesse in diesem Bereich. Produktteammanager Asger Thybo Geertsens Interesse am 3D-Druck ist nicht nur beruflich begründet, sondern auch privat, wo Asger selbst in einen 3D-Drucker investiert und mit der Technologie experimentiert hat. Marketingmanager Thomas Fuglsang Andersen hat während seiner sieben jährigen beruflichen Laufbahn beim Dänisch Technologischen Institut Dienstleistungen und Wissen zum Thema 3D-Druck an Betrieben und Technische Hochschulen vermittelt.

 
3D-Druck in der Automobilindustrie
Bei den Automobilherstellern gibt es mehrere Beispiele für die Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung von Teilen. Audi, Rolls Royce, Porsche und Morgan sind Beispiele dafür - ja, wir befinden uns hier ausschließlich in der Luxusklasse. Soweit wir wissen, verwendet Porsche ausschließlich 3D-Drucke, um Ersatzteile für Oldtimer herzustellen. Es ist wohl keine große Überraschung, dass 3D-Drucke in der Königsklasse des Motorsports - der Formel 1 - schon über viele Jahre hinweg eingesetzt werden. Auf der anderen Seite ist es schwierig, Beispiele für den 3D-Druck von Teilen für gängige Autos zu finden, was darauf hindeutet, dass die Technologie für die Verwendung in der Automobilindustrie noch nicht ausgereift und wettbewerbsfähig ist.  
 
Ein Beispiel
Wir haben unsere These kürzlich an einer Ölablassschraube aus Kunststoff getestet. Dann haben wir die Materialeigenschaften, die Genauigkeit, die Verarbeitung und den Preis mit einer herkömmlichen, unter Spritzguss geformten Ölablassschraube verglichen. In Bezug auf die Materialeigenschaften testen wir diese derzeit auf ihre Haltbarkeit und Funktion über Zeit. 
                                                              
               
3D gedruckte Version der Ölablassschraube aus Plastik 9500 2901 für VAG
 
 
 SPRITZGUSS3D-DRUCK
 

Nylon PA66
Hitze stabilisiert

Nylon PA12
 Massendichte 1,04-2,50 g/cm 1,01 g/cm
 Höchstmögliche Toleranz ± 0,05 mm ± 0,3% (min ± 0,3 mm)
 Zugfestigkeit [MPa] 40-220 44-48
 E-modul [GPa] 0,4-9,2 N.D.
 Bruchdehnung [%] 3,2-80 10,7-15
 Schmelzpunkt [°C] 255  187
 HDT @ 0,45 MPa [° C] 100-263 175
 HDT @ 1,8 MPa [° C] 54-260 106
 
In der obigen Übersicht werden ausgewählte Materialeigenschaften zwischen einer spritzgegossenen Ölablassschraube (Nylon PA66) und einem 3D-gedruckten (Nylon PA12) verglichen. Wie man sieht, zeigen sich bei den Materialeigenschaften hier Unterschiede. Es würden also die spezifischen Materialanforderungen und nachfolgenden Tests darüber entscheiden, ob das ausgewählte Material für unsere 3D-gedruckten Ölablassschraube genehmigt werden kann.

Wie auf den unten gezeigten Bildern zu sehen ist, erzielt der 3D-Druck nicht genau das gleiche Ergebnis wie ein Kunststoffspritzguss. 3D-gedruckte Artikel haben den Eindruck, dass sie aus Schichten bestehen, was je nach Verwendung nicht unbedingt ein Problem darstellt.      

 
3D gedruckte Ölablassschraube              
links im Bild
 ​                                          
 

3D gedruckte Ölablassschraube
links im Bild

 
 

Beim 3D-Druck ist es auch nicht immer möglich, strikte Toleranzen eines Teils einzuhalten. Auch dies ist eine Frage der Notwendigkeit, und Sie haben dann natürlich die Möglichkeit, ein 3D-gedrucktes Teil bei Bedarf nachzubearbeiten.
Ob der 3D-Druck mit Spritzgussartikeln preislich mithalten kann, hängt von der Nachfrage ab. Bei geringer Nachfrage und damit Produktion von relativ wenigen Artikeln hat der 3D-Druck einen großen Produktionsvorteil, da die Werkzeugherstellung und das zeitaufwändige Einrichten und Inbetriebnehmen der Produktionsvorrichtung nicht erforderlich sind. Bei der Massenproduktion dagegen ist es umgekehrt.

Unsere Meinung
Basierend auf unserem Wissen und Einblick in den 3D-Druck glauben wir nicht, dass die Technologien derzeit ausreichend entwickelt sind, um sie innerhalb der von uns angebotenen Ersatzteilgruppen einzusetzen. Es muss daher auch ungewiss sein, ob andere Ersatzteilanbieter für den Kfz-Ersatzteilmarkt davon profitieren werden. In jedem Fall werden wir die Entwicklungen weiterhin aufmerksam verfolgen, um potenzielle Möglichkeiten kontinuierlich zu evaluieren.
  
Übersicht über den 3D-Druck
Der 3D-Druck ist keinesfalls eine neue Erfindung. Die ersten 3D-Drucker für den kommerziellen Gebrauch wurden bereits 1986 von der 3D Systems Corporation in den USA hergestellt. Heute umfasst der 3D-Druck eine Vielzahl von Technologien zur Herstellung von Objekten aus einer digitalen 3D-Zeichnung im Stereolithographie-Format (siehe Abbildung).
 
 

STL-Datei - ein 3D-Modell, bei dem alle Flächen durch Triangulation (Dreiecke) definiert werden
 

Eine Gemeinsamkeit aller Technologien ist, dass die produzierten Produkte aus vielen dünnen Schichten bestehen. Die Methode, das Material und die Genauigkeit, mit der sie die Objekte erstellen, ist jedoch unterschiedlich. Anfangs wurden 3D-Drucker hauptsächlich zur Herstellung von Prototypen für Produktentwicklungszwecke eingesetzt. Da jedoch mehrere Technologien hinzugefügt wurden, die Materialauswahl gewachsen ist und die Einkaufspreise gesunken sind, ist die Möglichkeit der Verwendung von 3D-Druckern für Serienproduktion entstanden.

Die folgende Übersicht zeigt die sechs am häufigsten verwendeten Technologien - und mit welchen Materialkategorien sie arbeiten können. Die Materialvielfalt in den drei Kategorien Kunststoff, Gummi und Metall variiert je nach gewählter Technologie stark
 
 Technologie  Abkürzung Material
 Fused Deposition Modeling FDM  Plastik und Gummi
 Selective Laser Sintering SLS  Plastik und Metal
 Stereolithographi Apparatus SLA  Plastik und Gummi
 Polyjet/Multi Jet Fusion PJ/MJF Plastik
 Direct Metal Laser Sintering DMLS Metal
 Digital Light Processing DLP Plastik und Gummi