Additive Fertigung Forschungsprojekt IDAM: Drucken ohne Aufpreis

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50.000 Stück jährlich und mehr bei halbierten Kosten: Das sind knapp gefasst zwei Zielgrößen des neuen BMBF-Forschungsprojektes „IDAM“ zur additiven Serienfertigung. Koordiniert von BMW beteiligen sich insgesamt zwölf Unternehmen und Forschungseinrichtungen.

Von 2010 bis 2018 hat BMW rund eine Million Teile im 3-D-Druck produziert, allein 2018 waren es mehr als 200.000. Aktuell investiert das Unternehmen mehr als zehn Millionen Euro in einen neuen „Additive Manufacturing Campus“ in Oberschleißheim, der kurz vor der Inbetriebnahme steht. Mehr als 30 Fertigungsanlagen für den 3-D-Druck in Kunststoff und Metall werden dort installiert. Diese Zahlen und Fakten zeigen: BMW meint es ernst mit der additiven Fertigung.

Das Unternehmen produziert bereits unter anderem individualisierte Kunststoff-Anbauteile für den Mini im 3-D-Druck und auch erste Bauteile aus Metall für die (Klein-)Serie. Dabei nutzt der Hersteller auch neue Leichtbau-Konstruktionsprinzipien – wie ein Anbindungsteil der Verdeckmechanik im BMW i8 Roadster deutlich zeigt.

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IDAM: Verbundprojekt für metallischen 3-D-Druck

Darüber hinaus ist BMW Koordinator des BMBF-Forschungsprojektes IDAM, dessen Kick-off Ende März 2019 in München stattfand. Die Abkürzung steht für „Industrialisierung und Digitalisierung von Additive Manufacturing (AM) für automobile Serienprozesse“. Konkretes Ziel der zwölf Projektpartner – darunter KMU, Großunternehmen und Forschungsinstitute – ist es, den metallischen 3-D-Druck erstmals in einen industrialisierten und hochautomatisierten Serienprozess in der Automobilindustrie zu überführen.

Dazu gehört, standardisierte, offene Schnittstellen zu erarbeiten, um den Wettbewerb entlang der Prozesskette zu fördern. Noch konkreter beschreibt IDAM-Projektleiter Dr. Florian Höfler das Ziel der auf drei Jahre angelegten Projektarbeit: „Mit den AM-Fertigungslinien soll es möglich sein, mindestens 50.000 Bauteile pro Jahr in der Gleichteilfertigung und über 10.000 Individual- und Ersatzteile herzustellen – bei höchstem Qualitäts- und Kostendruck.“ Damit wäre die Voraussetzung geschaffen, um kosten- und zeitintensive Prozesse wie die Fertigung von Formwerkzeugen abzulösen und dem Wunsch nach Produktindividualisierung ohne Mehraufwand zu entsprechen.

Das wiederum stärkt den (Auto-)Produktionsstandort Deutschland – deshalb die Förderung durch das BMBF. Auf der Forschungsseite unterstützen das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen und der Lehrstuhl „Digital Additive Production“ (DAP) der RWTH Aachen das Vorhaben. Beide bringen langjährige Erfahrung in additiven Fertigungstechnologien mit.

Demonstration an zwei Standorten

Die Demonstration der erarbeiteten Lösungen im Bereich des metallischen 3-D-Drucks erfolgt an zwei Standorten: im Additive Manufacturing Center der BMW Group in München sowie im Bonner Werk des Automobilzulieferers GKN Powder Metallurgy. Dort qualifiziert das IDAM-Team Technologien für die jeweils spezifischen Anforderungen in der Gleichteilfertigung wie auch der Individual- und Ersatzteilfertigung anhand konkreter Bauteile. Die beiden Linien bilden den gesamten Prozess von der digitalen über die physische Bauteilfertigung – angefangen beim Pulverhandling – bis hin zur Nachbereitung ab.

Einzelne Module, so Dr. Florian Höfler, können durch den bausteinartigen Aufbau der Linie an die unterschiedlichen Produktionsanforderungen angepasst und, sofern notwendig, ersetzt werden. Darüber hinaus soll es möglich sein, einzelne Prozessschritte flexibel anzusteuern und somit optimal auszulasten. Um möglichst vielseitige standardisierte Lösungen entwickeln zu können, werden die Fertigungslinien bei BMW und GKN mit unterschiedlichen SLM-Anlagen geplant.

Stückkosten halbieren

Durch die umfassende Betrachtung der automobilen Fertigungslinie wollen die Projektteilnehmer den manuellen Anteil der Tätigkeiten entlang der Prozesskette von aktuell rund 35 Prozent auf weniger als 5 Prozent senken. Außerdem sollen sich die Stückkosten der 3-D-gedruckten Metallbauteile mehr als halbieren. Im Fokus stehen dabei das Verfahren des selektiven Laserschmelzens (SLM) sowie die Aluminiumlegierung AlSi10Mg und niedrig legierte Stähle wie 20MnCr5.

Wegweisendes Automobildesign

Designs schneller validieren mittels 3-D-Druck

Zu den Zielen des Projektes gehört auch die Entwicklung robuster Prozesse, um eine gleichbleibende Qualität der Bauteile sicherzustellen. Dr. Florian Höfler: „Wir werden auch In-Process-Monitoring-Methoden für den Einsatz in der automobilen Serienproduktion erforschen und bewerten. Darüber hinaus werden wir Methoden zur kosteneffizienten Qualitätssicherung entlang der Prozesskette untersuchen – beginnend bei der Pulverqualität bis zur Maßhaltigkeit der Roh- und Fertigteile.“

Die Reproduzierbarkeit additiv gefertigter Serienbauteile soll darüber hinaus durch Maschinen- und Prozessfähigkeitsuntersuchungen nachgewiesen werden: „Die Anlagentechnik muss dieselben Anforderungen erfüllen wie konventionelle Fertigungsverfahren im industriellen Maßstab, um einen Einsatz der additiven Technologien in der Automobilindustrie gemäß IATF 16949 zu ermöglichen.“ Gelingt das – und davon ist auszugehen –, wird sich der metallische 3-D-Druck für automobile Serienprozesse wohl nachhaltig in der BMW-Produktion etablieren.

Additive Fertigung

3D-Druck – Die Ergebnisse aus „NextGenAM“

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