Die Rolle des 3D-Drucks bei der Revolution der Elektromobilität
In den letzten Jahren hatte der Automobilsektor mit vielen Schwierigkeiten zu kämpfen. Eine Pandemie hat den Pkw-Markt erschüttert. Wurden vor dem Krisenjahr 2019 noch 3,6 Millionen Pkw in Deutschland verkauft, ist der Markt auf 2,9 Millionen im Jahr 2020 geschrumpft. Halbleiter sind knapp, die Lieferketten sind gestört, die Rohstoffpreise steigen, Öl wird ins Feuer gegossen durch Informationen wie diese, als das Schiff Felicity Ace, das Autos des Volkswagen-Konzerns von Deutschland in die USA transportierte, in Flammen aufging, zusammen mit Autos auf der Unterseite wie Volkswagen, Audi, Porsche und Bentley, (das ist etwa 1 Prozent der Gesamtproduktion dieses Jahres!)
Autor: Michał Kowalczyk, Senior Sales Manager Omni3D
Glücklicherweise gibt es Licht am Ende des Tunnels, eine langsame Erholung auf der Angebotsseite, und die Elektroautos stehen dahinter. Aus diesem Grund wird für 2022 ein Anstieg der Autoverkäufe auf 3,01 Millionen Einheiten prognostiziert.
Globale Büros und Institutionen sprechen unisono über den Wandel auf den Straßen und setzen auf Elektroautos. Der Grund dafür ist der zunehmende Druck, die Abgaswerte zu reduzieren. Deshalb sagen viele Analysen und Prognosen, dass bis 2035 mindestens die Hälfte der in den USA produzierten Autos vollelektrisch sein wird, während der Anteil in China und Europa deutlich über 50 Prozent liegen wird.
Darüber hinaus wird erwartet, dass sich die Zahl der verfügbaren vollelektrischen Modelle bis 2023 fast verdreifachen wird.
Ähnlich verhält es sich in der Welt des industriellen 3D-Drucks, wo der 3D-Druck nicht mehr nur mit Prototypen in Verbindung gebracht wird, sondern immer mehr Unternehmen ihn als vollwertiges Produktionswerkzeug betrachten.
Es wird geschätzt, dass der weltweite 3D-Druckmarkt bis 2028 ein Volumen von 62,79 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Quelle: 3D Printing Market Size, Share & Trends Analysis Report by Component, by Printer Type (Desktop, Industrial), by Technology, by Software, by Application, by Vertical, by Material, by Region and Segment Forecasts, 2021 – 2028
Warum sind 3D-Druck und Elektroautos das perfekte Paar?
Beginnen wir mit den Wurzeln des 3D-Drucks, nämlich dem Prototyping. Im Jahr 1885 baute Carl Benz das erste dreirädrige Auto, den Benz Patent-Motorwagen Nummer 1, der als erstes Auto mit Verbrennungsmotor gilt.
Von diesem Zeitpunkt an hat der Automobilbau einen langen Weg zu nahezu perfekten Maschinen zurückgelegt. Zu diesem Erfolg trugen Menschen bei, die ständig an der Entwicklung und Erforschung neuer Lösungen arbeiteten.
Angesichts des rasanten Wachstums der Elektroautoindustrie und des Drucks auf immer bessere Leistungen dieser Autos wird die Branche unzählige Prototypen benötigen. Niemand bezweifelt, dass wir erst am Anfang der Reise stehen, das Potenzial von Elektroautos zu erschließen.
Noch nie zuvor in der Geschichte gab es so viel Elektronik im Auto! Der Markt bewegt sich in Richtung autonome Autos, und jedes moderne Auto, das mit einem bahnbrechenden Fahrsystem ausgestattet ist, erfordert eine Reihe von Tests mit sehr fortschrittlichen Sensoren an Bord – dies erzeugt den Bedarf an Halterungen, Befestigungen und anderen Werkzeugen, die mit einem 3D-Drucker gedruckt werden können (übrigens, schauen Sie sich die Anwendungen des 3D-Drucks in der Automobilindustrie an)
Das Prototyping war noch nie so schnell und kostengünstig, und das wird sich sicherlich positiv auf die Entwicklung vieler Projekte auswirken, vor allem in diesen schwierigen Zeiten für die Automobilindustrie.
Der 3D-Druck ist eine wesentlich kostengünstigere Herstellungsmethode als beispielsweise der Spritzguss für Kleinserien. Abhängig von der Komplexität der Formherstellung ist der Spritzguss derzeit nur bei Produktionsmengen von einigen Tausend Stück billiger als der Druck, was bei neuen Projekten im Bereich der E-Mobilität einen großen Unterschied ausmachen kann.
Leichtbau ist eine sehr wünschenswerte Eigenschaft bei Elektroautos
Und warum? Weil eine leichtere Bauweise eine längere Batterielebensdauer bedeutet, und Skeptiker von Elektroautos führen die Batterielebensdauer und die Reichweite als die größten Schwächen der Technologie an.
Elektroautos sind ohne Verbrennungsmotor bereits um einiges leichter, aber jede zusätzliche Gewichtsreduzierung wirkt sich positiv auf die Batterielebensdauer aus, weshalb sich der 3D-Druck in der E-Mobilitätsbranche als entscheidend erweisen könnte.
- Erstens sind die ausgewählten Materialien viel leichter und bei richtiger Konstruktion genauso haltbar wie herkömmliche Teile aus ausgewählten Metallen,
- Ein weiterer Vorteil der additiven Technologie ist die Möglichkeit, die innere Struktur frei zu bearbeiten, wodurch wir das Gewicht eines bestimmten Elements um bis zu mehreren Dutzend Prozent reduzieren können… Beim 3D-Druck können wir die Füllung frei bearbeiten und die Füllung an Stellen anhäufen, an denen Kräfte auftreten, und so das Modell an kritischen Stellen verstärken,
- Der nächste Vorteil des 3D-Drucks unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsreduzierung ist die Tatsache, dass wir mit einem 3D-Drucker Geometrien drucken können, die mit anderen Technologien nicht möglich sind, einschließlich des Drucks mehrerer Teile in einem Stück. Dies gibt Ingenieuren die Möglichkeit, Teile zu entwerfen, die nicht nur leichter, sondern auch stabiler sind als ihre mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Gegenstücke.
Die perfekte Passform für Ihr Material
Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren stark zugenommen, insbesondere im Bereich der Materialien, die mit einem 3D-Drucker gedruckt werden können. Der Markt für 3D-Druckmaterialien wird zwischen 2020 und 2025 voraussichtlich einen wertmäßigen Anstieg von 23,5 % verzeichnen (Wohlers Assosciates 2021).
Heutzutage bieten industrielle 3D-Drucker ein Dutzend, wenn nicht gar Dutzende verschiedener Polymere an, mit denen wir je nach Bedarf jonglieren können. Und welche Auswirkungen hat das auf Elektroautos?
Heute können wir ein Teil drucken, das:
- gegen hohe Temperaturen beständig sind, z. B. hitzebeständige Batteriegehäuse,
- nicht auf Schmiermittel oder Chemikalien bis zu 200 °C reagieren, z. B. ausgewählte Fahrwerksteile,
- extrem haltbar sind, z. B. Bremshalterungen.
Digitale Teileablage dank 3D-Drucker
Der 3D-Druck unterstützt nicht nur das Prototyping, die Gewichtsreduzierung oder die Senkung der Produktionskosten, sondern bietet auch enorme Möglichkeiten zur Schaffung eines flexibleren Teilelagers. Die überwiegende Mehrheit der Modelle wird heute digital erstellt, mit der Tendenz, klassische Designformen völlig zu verdrängen – das schafft ein riesiges Potenzial für den 3D-Druck.
Kurz gesagt, wenn sich alle Teile an einem Ort auf einer Festplatte, einem Server, einer Cloud oder einer anderen Form des schnellen Datenzugriffs befinden und wir über 3D-Drucker verfügen, können wir die Produktion überall auf der Welt sehr schnell aufnehmen. So können wir nicht nur schnell auf den Bedarf an Automobilteilen reagieren, sondern auch auf die Notwendigkeit, unsere eigenen Maschinen zu warten.
Das Drucken auf Abruf wird die Lagerhaltung deutlich verschlanken und eine effizientere und nachhaltigere Lieferkette einführen.
Große Chancen und Herausforderungen für den E-Mobilitätssektor
Die derzeitige Marktsituation und die Entwicklung des 3D-Drucks bieten enorme Chancen für die Entwicklung vieler Projekte im Bereich der Elektromobilität.
Die Anzahl der Unternehmen, die mit der Entwicklung von Elektroautos begonnen haben, zeigt, wie groß dieser Markt sein wird und wie groß die Veränderung im Vergleich zu dem ist, was wir heute unter einem Personenwagen verstehen. Heute werden Elektroautos von allen, den größten Automobilkonzernen, hergestellt, aber „Elektroautos” werden auch von vielen neuen Akteuren produziert, die bisher auf dem europäischen Automarkt unbekannt waren. Letztere werden es leichter haben, sich an die vorherrschenden Marktgegebenheiten anzupassen, während die großen Konzerne vor der großen Herausforderung stehen werden, ihre Produktionseinheiten weltweit umzustellen.
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