Industrialisierung von 3D-Druck schreitet bei der BMW Group voran

München/Dielsdorf. Die BMW Group geht den nächsten Schritt bei der systematischen Integration industrieller 3D-Druckverfahren. Ziel ist, die Additive Fertigung zu industrialisieren und mit einem wirtschaftlichen Nutzen nachhaltig in die verschiedenen Unternehmensbereiche zu integrieren. Dazu gehören vor allem die Fahrzeugentwicklung und Produktion. Damit will die BMW Group die Vorteile der Technologie – wie die schnelle Verfügbarkeit von Komponenten, Flexibilität beim Gestalten sowie das Fertigen ohne aufwendige Werkzeuge – vollumfänglich nutzen.

Daniel Schäfer, Bereichsleiter für die Produktionsintegration und das Pilotwerk bei der BMW Group: „Verfahren wie Additive Manufacturing helfen uns, Entwicklungszyklen zu beschleunigen und damit unsere Fahrzeuge schneller zur Serienreife zu führen. Auch die Produktionszeiten von Bauteilen werden durch 3D-Druck kürzer, gleichzeitig werden hohe Qualitätsansprüche erfüllt.“

3D-gedruckte Bauteile für Rolls-Royce Motor Cars

Seit Mitte dieses Jahres produziert die BMW Group für den neuen Rolls-Royce Ghost additiv gefertigte Fahrzeugkomponenten aus Metall und Kunststoff. Diese werden entlang der Prozesskette an verschiedenen Standorten des weltweiten Produktionsnetzwerkes gefertigt und im britischen Goodwood, dem Geburtsort des exklusiven Automobils, zusammengefügt. Über die Modelllaufzeit wird das Unternehmen mehrere hunderttausend additiv gefertigte Teile in den Rolls-Royce Ghost einbauen.

Die Bauteile befinden sich in der Karosserie des Fahrzeugs sowie des Fahrgastraums und weisen eine hohe Funktionalität und Steifigkeit auf. Die Verfahren zur Herstellung der Komponenten hat die BMW Group im hauseigenen Kompetenzzentrum, dem Additive Manufacturing Campus, für die Anwendung in der automobilen Serienfertigung vorbereitet. Dort findet zudem die Fertigung der Kunststoff-Bauteile im Multi Jet Fusion Verfahren und mittels selektivem Lasersintern statt.

Im BMW Group Werk Landshut werden aktuell die metallischen Komponenten im selektiven Laserstrahlschmelzverfahren hergestellt. Unweit entfernt, im Werkeverbund am BMW Group Standort Dingolfing, fertigen mehr als 300 erfahrene Mitarbeiter die individuellen Karosserien der Rolls-Royce Automobile, darunter auch die des neuen Rolls-Royce Ghost. Bereits seit dem Jahr 2000 und dem Produktionsbeginn des BMW Z8 werden dort hochwertige Karosserien aus Aluminium gefertigt.

Die 3D-gedruckten Metallbauteile werden im Produktionsprozess nahezu voll automatisiert eingebaut. Das Montieren der im Additive Manufacturing Campus gefertigten Kunststoff-Bauteile sowie des metallischen Trägers der Dekorblende finden später im sogenannten Woodshop und der Montage des Werks Goodwood statt.

Bauteilentwicklung mittels Generative Design

Bereits in der frühen Phase der Entwicklung des neuen Rolls-Royce Ghost haben Ingenieure, Fertigungs- und Werkstoffexperten hunderte Bauteile analysiert und geprüft, in welchem Masse eine Herstellung mit Additiven Fertigungsverfahren umsetzbar ist. Dabei im Fokus: Vorteile bei Gewicht und Geometrie gegenüber traditionellen Verfahren sowie der wirtschaftliche Nutzen. Bei der Auswahl der geeigneten Bauteile für die additive Serienfertigung haben die Experten Kriterien und Anforderungen an 3D-Druckbauteile definiert und mit Hilfe von Data Scientists in „Maschinensprache“ übersetzt. Das war der Start eines neuen KI-Systems, das es der BMW Group ermöglicht, potenzielle 3D-Druckbauteile in zukünftigen Fahrzeugen schneller und frühzeitiger zu identifizieren.  

Mit dem Einsatz von Generative Design, dem Gestalten von Bauteilen mit Hilfe von Computeralgorithmen, werden Formen, die bisher für Ingenieure und Designer kaum umsetzbar sind, in kurzer Zeit erstellt. Dabei gestalten Experten und Computer gemeinsam die Komponenten so, dass sie mit einem optimalen Materialeinsatz hergestellt werden können. 

Zahlreiche potenzielle Anwendungen können mit Hilfe von Generative Design überhaupt erst in die Realität umgesetzt werden. 3D-Drucktechnologien eignen sich vor allem für komplexe Formen und Strukturen, deren Herstellung mit konventionellen Werkzeugen bisher nicht möglich war.

Für den Rolls-Royce Ghost sind topologieoptimierte Komponenten entstanden, also Teile, die aufgrund dieses Gestaltungsansatzes hinsichtlich Form und Funktion noch einmal deutlich verbessert worden sind. Diese Bauteile haben durchschnittlich fast 50 Prozent weniger Gewicht als vergleichbare, traditionell entstandene Teile. Darüber hinaus können sie den verfügbaren Bauraum im Fahrzeug optimal nutzen. Ein Beispiel hierfür ist die Halterung für den Dämpfer der Heckklappe.

Additive Manufacturing Campus

Seit Juni bündelt die BMW Group im Additive Manufacturing Campus bei München die gesamte Technologiekompetenz und qualifiziert Mitarbeiter weltweit für den Einsatz der Verfahren. Ausserdem findet hier die Produktion aller Prototypen-Bauteile statt. Aktuell arbeiten bis zu 80 Mitarbeiter in dem Kompetenzzentrum und etwa 50 industrielle Metall- und Kunststoffanlagen sind bereits in Betrieb. Zusätzlich sind mehr als 50 Anlagen an weiteren Produktionsstandorten weltweit im Einsatz.