Die 5 Vorteile der additiven Fertigung für die Automobil- und Motorsportindustrie
1. Schnelleres Prototyping
Der Bau von Prototypen mit denselben Eigenschaften wie ihre endgültigen Gegenstücke ist bei der Konstruktion von Rennwagenkomponenten unerlässlich. Dies reduziert sowohl die Produktionszeiten als auch die Kosten und macht den 3D-Druck zur idealen Lösung für dieses Ziel. Dank ihrer Kosteneffizienz ist die additive Fertigung ein zuverlässiger Weg, um Teile zu validieren, bevor sie in die Serienproduktion gehen. Sie stellt sicher, dass jede Komponente alle Sicherheitsanforderungen erfüllt und gleichzeitig die Budgetvorgaben einhält.
Strenge Reglements für Formel-1-Teams werden nach wie vor von der FIA (Fédération Internationale de l’Automobile), dem Dachverband des Automobilsports, festgelegt. Infolgedessen müssen Ingenieure jedes Jahr schnell neue Autos entwerfen und bauen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Um ihren Erfolg zu sichern, ist es entscheidend, dass die Teams diese Prototypen so schnell wie möglich nach ihrer Entwicklung in die Produktion bringen.
Mit dem 3D-Druck können Ingenieure Teile schnell herstellen, ohne den mühsamen Prozess des Entwerfens und Erstellens eines Modells und einer Form vorab. Die Technologie arbeitet mit digitalen CAD-Dateien, die im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden sofort an die Produktion übermittelt werden. Es ist daher nicht überraschend, dass diese Form der Fertigung an Dynamik gewinnt, da Unternehmen nach effizienteren Wegen zur Herstellung von Komponenten suchen.
So konnte beispielsweise das Williams F1-Nachwuchsteam dank dieses Verfahrens monatlich über 2.000 3D-gedruckte Teile ausliefern. Diese Zahl wäre unmöglich zu erreichen gewesen, wenn diese Teile mit herkömmlichen Fertigungsmethoden hergestellt worden wären.
2. Größere Designflexibilität
Der 3D-Druck ermöglicht kostengünstige Modifikationen an Komponenten, was den Designern Zeit und Geld spart. Dank der Möglichkeiten zur schnellen Anpassung und des schnellen Drucks können Ingenieure Fehler schneller erkennen und Entwürfe in kürzerer Zeit ändern.
Das Erreichen einer optimalen Aerodynamik ist beim Design eines Rennwagens, der eine schnittige Hülle benötigt, von größter Bedeutung. Dies stellt ein Problem dar, wenn es um das „Packaging“ von Fahrzeugkomponenten geht, die aufgrund des begrenzten Platzangebots im Inneren einen bequemen Zugang während der Boxenstopps ermöglichen müssen. Deshalb ist die Bewältigung der „Packaging“-Herausforderung besonders wichtig für eine gute Rennleistung.
Durch die Nutzung der Möglichkeiten des 3D-Drucks genießen Ingenieure ein beispielloses Maß an Freiheit, um mit unzähligen Prototypen zu experimentieren und die idealen Komponenten für jedes Projekt zu entwickeln.
3. Verbesserung von Windkanaltests
Modernste 3D-Drucktechnologie ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Erstellung langlebiger, präziser Komponenten geworden, mit denen in Windkanaltests die aerodynamischen Fähigkeiten von Rennwagen bewertet werden können. Im Motorsport geht es darum, die auf ein Fahrzeug wirkenden Kräfte zu nutzen und sie zu seinem Vorteil einzusetzen, um an Geschwindigkeit zu gewinnen, was zum Erfolg führt. Die Aerodynamik ist von entscheidender Bedeutung: Der Einsatz fortschrittlicher Werkzeuge wie 3D-Druck und Windkanaltests macht diese Aufgabe sehr einfach!
Formel-1-Teams haben oft nur wenige Male im Jahr die Gelegenheit, ihre Autos zu testen. Die Verwendung von Windkanalmodellen ist daher eine kostengünstige und schnellere Methode zur Bewertung der Komponenten eines Fahrzeugs. Bei diesen Tests wird ein Fahrzeugmodell in 60 % der Originalgröße auf ein Förderband gestellt, das ähnliche Bedingungen (hohe Geschwindigkeit, atmosphärischer Druck usw.) reproduziert, denen es bei echten Rennen ausgesetzt ist, wobei unterwegs alle erforderlichen Anpassungen vorgenommen werden.
Derzeit wird der 3D-Druck vor allem zur Herstellung der Komponenten verwendet, die an einem Replika-Rennwagen getestet werden. Im Vergleich zur maschinellen Bearbeitung und Modellierung bietet die additive Fertigung für den Automobilsektor eine schnellere und kostengünstigere Möglichkeit, Modelle für Windkanaltests herzustellen. Wenn zudem in einer Phase des Prozesses Änderungen erforderlich sind, erleichtert der 3D-Druck die Erstellung von Teilen, die dann sofort Windkanaltests unterzogen werden können – und das alles dank seiner außergewöhnlichen Geschwindigkeit!
Rennteams nutzen in großem Umfang den SLS- und SLA-3D-Druck, um Komponenten wie Frontflügel, Bremsbelüftungen, Aufhängungsabdeckungen und Motorabdeckungen sowie interne Kanäle und Handleitbleche herzustellen, die im Windkanal getestet werden. Mit dieser Technologie kann ein Rennteam beispielsweise 200 bis 300 Kunststoffteile pro Tag produzieren! Die additive Fertigung ist daher die Lösung der Wahl für Unternehmen der Branche, um sicherzustellen, dass diese Komponenten schnell und effizient hergestellt werden.
4. Schnelle Werkzeugproduktion
Die 3D-Drucktechnologie ist ein Game-Changer für Hersteller, wenn es um die Produktion von Werkzeugen wie Vorrichtungen und Halterungen oder Opfer- und Verbundwerkzeugen geht. Dieser effiziente Prozess ermöglicht es ihnen, maßgeschneiderte Instrumente zu geringeren Kosten als bei herkömmlichen Produktionsmethoden zu erstellen und gleichzeitig die Durchlaufzeiten drastisch zu verkürzen.
Beispielsweise macht der Einsatz der FDM-Technologie zur Herstellung von Laminierwerkzeugen unter Verwendung von Hochleistungsmaterialien wie ULTEM den Prozess schneller und kostengünstiger. Das Formel-1-Team McLaren nutzte dieses Verfahren, als es eine große Heckflügelklappen-Verlängerung im 3D-Druck herstellte und das Teil in nur drei Tagen aus ULTEM 1010 fertigte – eine unglaubliche Reduzierung der bisherigen Vorlaufzeit. Dieses Beispiel zeigt nicht nur die wachsende Bedeutung der additiven Fertigung in allen Tätigkeitsbereichen, sondern auch, dass diese fortschrittlichen Technologien zu wesentlichen Erfolgsfaktoren geworden sind.
Mit dem 3D-Druck können Teams Werkzeuge dann herstellen, wenn sie sie benötigen, was die Fertigungs- und Montageprozesse beschleunigt. Tatsächlich haben einige Teams sogar damit begonnen, die additive Fertigung während der Rennen einzusetzen, um in letzter Minute Anpassungen vorzunehmen, was die Kosten für Kurierdienste senkt. Mit dieser innovativen Technologie zur Verfügung ist der Erfolg am Renntag noch greifbarer.
5. Verbesserung der Bauteilleistung
Um die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Produktivität von Rennwagenkomponenten zu steigern, ist die additive Fertigung ein echter Gewinn. Aluminium und Kohlefaser werden im Rennsport aufgrund ihrer geringen Masse im Allgemeinen für Leichtbauteile verwendet. Da der 3D-Druck die Produktion erleichtert, konnten die Teams eine deutliche Leistungssteigerung dieser Komponenten feststellen.
Durch den Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung leichter und komplexer Thermoplast- und Metallkomponenten können Unternehmen einen klaren Wettbewerbsvorteil erlangen. Schließlich kann die Gewichtseinsparung durch 3D-gedruckte Teile über den Erfolg oder Misserfolg eines Projekts entscheiden.
Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung von Metallteilen wie Säulenabdeckungen und Garagenausrüstung für die Fahrzeuge. Auch Auspuffkomponenten sowie innovative Kühler- und Radiator-Lufteinlass-/-auslassbaugruppen pro Fahrzeug werden mit diesem Verfahren erstellt.
Die Herausforderungen des 3D-Drucks im Motorsport
Trotz der bisherigen Fortschritte beim Einsatz des 3D-Drucks in der Formel 1 und im Motorsport gibt es immer noch eine Reihe von Hindernissen, die sein volles Potenzial einschränken.
Gewährleistung der Reproduktion identischer Teile
Obwohl 3D-gedruckte Teile unglaublich präzise sein können, können Materialeigenschaften und Endabmessungen schwanken, je nachdem, wer den additiven Fertigungsprozess durchführt. Wenn Teams dieses Verfahren ganz oder teilweise auslagern, laufen sie Gefahr, nicht jedes Mal exakt das gleiche Teil zu erhalten.
Die zahlreichen Vorteile der additiven Fertigung machen sie jedoch für Motorsportunternehmen äußerst attraktiv und zwingen sie dazu, in den Aufbau eigener Kapazitäten zu investieren und die Produktionsprozesse besser zu kontrollieren.
Sicherstellung der Teamschulung
Obwohl es den 3D-Druck schon seit zwanzig Jahren gibt, hat seine allmähliche Einführung in der Fertigung und Ausbildung dazu geführt, dass vielen Designern die technischen Fähigkeiten fehlen, um diese Form der additiven Fertigung zu beherrschen. Wenn sie versuchen, die 3D-Druckkapazitäten ihres Unternehmens zu nutzen, stellen sie möglicherweise fest, dass ihre mangelnde Erfahrung zu Schwierigkeiten führen kann.
Damit der Motorsport von den Vorteilen des 3D-Drucks profitieren kann, müssen die Unternehmen bereit sein, in Schulungsprogramme zu investieren, die es ihnen ermöglichen, ihre Fähigkeiten zu erlernen und zu perfektionieren.
Verwaltung einer konstanten Produktion
Motorsportunternehmen produzieren immer mehr Teile, und ihre 3D-Druckkapazitäten müssen mit der Nachfrage Schritt halten. Einige haben einen beeindruckenden Fuhrpark von 10 oder mehr Maschinen aufgebaut, die in der Lage sind, jede Woche Tausende von Komponenten und Prototypen herzustellen. Das schiere Volumen, das mit diesen Produktionsläufen verbunden ist, erfordert jedoch ein umfassendes Workflow-Managementsystem, um Genauigkeit und Effizienz zu gewährleisten. Ohne ein solches System wird es für Unternehmen immer schwieriger, die Komplexität solch groß angelegter Operationen zu bewältigen.
Der tägliche Berg an Anfragen sowie die mangelnde Transparenz und Rückverfolgbarkeit über mehrere Standorte hinweg machen es für die Teams sehr schwierig, den Fortschritt von Projekten genau zu verfolgen. Diese Ineffizienz ist dem reibungslosen Ablauf der Operationen abträglich.
Um dieses Problem zu lösen, ist es sinnvoll, so viel wie möglich vom Workflow zu automatisieren. Software, die zur Optimierung von Workflow-Prozessen entwickelt wurde, kann Motorsportunternehmen dabei helfen, viele ihrer Probleme bei der 3D-Druckproduktion zu überwinden. Die Automatisierung des Anfrageprozesses, die Planung von Aufträgen und die Verfolgung von Teilen von Anfang bis Ende sind nur einige der Vorteile, die sich aus der Verwendung automatisierter Workflows ergeben.
3D-Druck für den Motorsport: ein Wettbewerbsvorteil
Da der Motorsportsektor unermüdlich danach strebt, die Leistung seiner Fahrzeuge zu verbessern und gleichzeitig die sich ständig ändernden Renngesetze einzuhalten, bietet der 3D-Druck erhebliche Vorteile.
Durch den Einsatz dieser Spitzentechnologie werden die Teams in der Lage sein, die Zeit für die Entwicklung neuer Modelle und der daraus resultierenden Endbauteile drastisch zu verkürzen, was eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt. Je mehr die additive Fertigung im Motorsport Einzug hält und die mit ihrem Einsatz verbundenen Herausforderungen effektiv bewältigt werden, desto mehr werden wir noch ehrgeizigere Anwendungen sehen, die ihren Einsatz sicher zu neuen Siegen führen werden.
