Die Wolfsburger treiben den digitalen 3D-Druck mit Metall im Autobau voran

Zukunftstechnik im Werkzeugbau bei Volkswagen

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Bei der Einführung des digitalen metallischen 3-D-Drucks in der Automobilindustrie hat Volkswagen nach eigenen Angaben eine Leitrolle übernommen. Die ersten mit der Zukunftstechnologie hergestellten Produktionswerkzeuge sind am Standort Wolfsburg bereits in den Serieneinsatz gegangen. Außerdem entstehen immer mehr Teile für die Fahrzeugentwicklung in Druckern für 3D-Objekte aus Metall.

Dieser Beitrag wurde aus Unterlagen von Volkswagen erstellt von Tobias Meyer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion

„Die Möglichkeiten des 3D-Drucks in der Automobilindustrie sind immens. Wir bei Volkswagen sind auch bei dieser digitalen Technik führend und wollen unseren Wissensvorsprung weiter ausbauen“, erklärte Martin Winterkorn, Vorstandsvorsitzender der Volkswagen Aktiengesellschaft, nach dem Besuch des Bereichs für Werkzeugbau am Standort Wolfsburg. Dort wird diese digitale Technik federführend für den Konzern vorangetrieben.
Der 3D-Drucker fertigt aus Metallpulver mit Hilfe eines Laserstrahls Prototypenteile, Montagehilfsmittel wie Motorhaubenentriegelungen, oder Segmente für Werkzeuge mit integrierten Funktionen. Der Leiter des Werkzeugbaus Gerd Rupp sagt: „Die Drucker reduzieren die Anfertigungszeit und den Materialverbrauch erheblich“. Mit dem Drucker sei außerdem die Anfertigung von komplexen Bauteilen möglich, die im herkömmlichen Werkzeugbau als nicht herstellbar gelten.
Früher unmöglich: gewundene Bohrungen
„Wir haben hier ganz neue Möglichkeiten, Geometrien zu erzeugen, die mit konventionellen Verfahren gar nicht möglich waren. Wir können jetzt quasi um die Ecke bohren“, erklärt Roland Malek von der Technologieentwicklung Werkzeugbau bei Volkswagen. Werkzeugelemente für die Warmumformung mit integrierten Kühlkanälen setzten bisher verschiedene, große Bohrungen voraus, durch die das Kühlmittel strömt. Durch den 3D-Druck werden diese nun durch viele kleine Kanäle ersetzt, die auch gewunden geformt sein können und so konturnah unterhalb der Oberfläche verlaufen. Die Wärmeabführung sei so wesentlich besser. „Auch in Hinsicht auf Leichtbau können wir hier völlig neue Wege der mechanischen Bearbeitung gehen“, so Maik König, Leiter des Prüfmittelbaus im Volkswagenwerk Wolfsburg. Ähnlich filigrane Strukturen aus massivem Werkzeugstahl herzustellen sei mit anderen Fertigungsverfahren nahezu unmöglich.
Schicht um Schicht
Die Maschine legt eine Schicht Metallpulver auf einer Trägerplatte ab, wonach ein vollautomatischer, 400 Watt starker Laser das Pulver in der Form des späteren Bauteils mit der darunter liegenden Schicht verschmilzt. Anschließend wird eine neue Schicht Stahlpulver aufgestreut und wieder werden nur die gewünschten Punkte verschweißt. So wächst das Bauteil Schicht um Schicht. Inzwischen kann der Prüfmittelbau von VW schon sehr komplexe Formen mit verwinkelten Hohlkammern – etwa für Motoren oder Getriebe – in einem Arbeitsgang fertigen. Im letzten Schritt wird der unverschweißte Metallstaub abgesaugt, dann kann das fertige, noch auf der Platte verschweißte Bauteil aus der Maschine genommen werden.
Ein Prototypenblechteil, das im 3D-Druck hergestellt wurde, entsprach bereits den Vorgaben der Serienfertigung. Die Herstellung dauerte lediglich drei Tage, ein herkömmlich gefertigter Blechprototyp benötige dagegen drei Wochen und erreiche beim ersten Versuch nie die gewünschte Qualität. Kleinere Bauteile kann der Wolfsburger Werkzeugbau aber auch schon in wenigen Stunden fertigstellen.
Schneller und vielfältiger werden
„Das ist eine große Evolution im Werkzeugbau. Noch ist die Technik kostenintensiv, aber die Zeit- und Qualitätsvorteile sind erheblich“, sagt Steffen Landua, Leiter der Technologieentwicklung Werkzeugbau und Presswerk am Standort Wolfsburg. Roland Malek fügt hinzu: „Wir wollen die Technik so weiterentwickeln, dass wir künftig auch größere Bauteile herstellen können. Und wir wollen natürlich schneller werden.“
Demnächst möchte Volkswagen auch hochfeste Stahlwerkstoffe und Aluminium im 3D-Drucker einsetzen. Zudem werden gerade weitere Mitarbeiter in der neuen Fertigungstechnik geschult. Später sollen bei VW vor allem Betriebsmittelteile und Prototypen per metallischem 3D-Druck gefertigt werden. Langfristig will Volkswagen mit der neuen digitalen Technik auch bezahlbare Sonderanfertigungen von Einzelteilen für Autokäufer möglich machen.
Volkswagen AG, Wolfsburg,
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