De opmars van elektrisch rijden lijkt niet meer te stoppen. E-mobility dwingt de autofabrikanten naar nieuwe concepten te kijken. Additive manufacturing opent heel nieuwe perspectieven, zoals de initiatiefnemers van 3i Print aantonen. Vooral de combinatie van organische ontwerpen en functie-integratie leveren voordelen op die veel verder reken dan gewichtsbesparing en gereedschapsloze productie.

 

3i Print: voorframe VW Caddy toont potentieel AM in auto- industrie

 

Additive manufacturing wordt al in veel industrieën ingezet. Nieuwe ontwikkelingen zowel aan de productiekant van AM als aan de designzijde, zullen de efficiency van de technologie verbeteren en AM kosten-effectiever maken. Anders gezegd: het gebruik van AM, oftewel 3D printen, zal blijven groeien, ook in de automobielindustrie. De echte waardepropositie van additieve productie in de auto-industrie kan alleen worden gerealiseerd als men verder gaat dan lichtgewicht constructies. Functie-integratie – zoveel mogelijk technische functies met zo weinig mogelijk componenten realiseren – is een belangrijk voordeel van 3D printen, dat de technologie extra aantrekkelijk maakt voor de auto-industrie. Enkel gietstukken vervangen door 3D geprinte onderdelen is onvoldoende om AM technologie concurrerend te maken.

 


 

Functies als actieve en passieve koeling, opslag vloeistoffen en crash bestendigheid geïntegreerd in één structuur

Organisch ontwerp van dragende constructies

Gelet op elektrisch rijden, worden heat management, het efficiënter benutten van de designruimte en gewicht cruciale aspecten in het design van toekomstige auto’s. Ook de eisen aan de dragende structuurdelen van de auto veranderen. Voertuigveiligheid, prestaties en comfort moeten opnieuw bekeken worden. Hier biedt, zoals het 3I Print project laat zien, additive manufacturing meerwaarde aan de automobiel-industrie. Vooral dankzij functie-integratie wat AM mogelijk maakt. Het nieuwe front systeem voor de VW Caddy is 3D geprint. AM geeft de designers de kans om meerdere functies, zoals actieve en passieve koeling, in het voorframe van de auto te integreren. Ook functies gerelateerd aan de actieve en passieve veiligheid, opslag van vloeistoffen en heat management zijn in het nieuwe design geïntegreerd. Dit design is op basis van belastingen gemaakt en daarna topologisch geoptimaliseerd. Tijdens deze laatste stap zijn de designers er zelfs in geslaagd om het tankje voor de ruitenwisservloeistof in de 3D geprinte structuur te integreren. De ontwerpers zeggen dat ook het koelmiddel van de airco in een geïntegreerde tank opgeslagen kan worden, evenals de opslag van andere vloeistoffen en gassen. Wel wijzen ze op de noodzaak om dit samen met de OEM’ers verder te onderzoeken.

Voordelen van AM

3D printen geeft designvrijheid. Door koelkanalen in de bodystructuur te integreren – zonder dat dit meerkosten heeft voor de productie – kan de warmtehuishouding in een elektrische auto veel beter worden geregeld dan in de huidige concepten. Warmte kan ook afgevoerd worden via ribben, dankzij 3D metaalprinten maakbaar zonder meerkosten. De organische vorm van de structuur biedt de passagiers maximale bescherming tegen de gevolgen van een crash. Bij een botsing kan deze 3D geprinte front-end structuur heel veel energie opvangen, terwijl de structuur minder weegt dan een traditioneel vervaardigd alternatief. De deelnemers aan het project wijzen er daarnaast op dat AM de grenzen verlegt qua individualisering van auto’s. Dankzij 3D printen kunnen designers auto’s gaan ontwerpen, die met geen enkele andere technologie gemaakt kunnen worden. Tot slot wijzen ze nog op de voordelen van AM in de productie. Doordat het aantal onderdelen sterk vermindert, vervallen veel verbindingen. De module kan als één geheel aan de carrosserie worden bevestigd. Naast assemblagevoordelen biedt dit eveneens meer stijfheid en betere akoestische eigenschappen.

Koelkanalen en vloeistoftanks in 3D geprinte structuur geïntegreerd

Agile productontwikkeling

Niet alleen de verschillende technologieën die de projectpartners hebben ingezet zijn state of the art. “We hebben het project ook nog eens binnen 9 maanden afgerond, van het oorspronkelijke idee tot en met de ombouw van de auto”, zegt Stefan Herrmann, bij csi verantwoordelijk voor lichtgewicht design voor carrosserie onderdelen. De agile werkwijze is in zijn ogen eveneens een voorbeeld van veranderende werkwijze in de sector, waarbij in de toekomst doorlooptijden veel korter worden dan wat de sector tot nog toe gewend is. De front-end structuur van de VW Caddy illustreert het potentieel van AM in de automobielindustrie.

De projectpartners

Initiatiefnemer voor dit project is het Duitse bedrijf csi entwicklungstechnik geweest. Het bedrijf ontwikkelt modules voor de carroserie van verschillende automodellen, zowel direct voor auto-fabrikanten als voor toeleveranciers. De tweede partner in het project, Modell- in Formenbau Blasius Gerg, levert normaal gesproken vooral prototypes en kleine series aan zowel de automobiel- als aerospace industrie. De front end structuur van de VW Caddy is ontworpen en geoptimaliseerd door Altair, dat ook de simulaties van de maximale belastingen van het model heeft gedaan. APWorks heeft het structuurdeel daarna 3D geprint op de nieuwe, industriële 3D metaalprinter van EOS. De EOS M 400 is vanwege het grote bouwvolume en de mogelijkheid om tot 4 lasers in te bouwen, een AM machine die juist voor de industriële serieproductie is gebouwd. APWorks heeft de onderdelen geprint van Scalmalloy, een nieuw materiaal dat het zelf ontwikkeld heeft. De productie en verificatie van het poeder gebeurt door Heraeus, gespecialiseerd in de productie van metaalpoeders. Scalmalloy is een hoog sterkte aluminium, dat het lage gewicht van aluminium combineert met de sterkte van titanium.

Tijdens Formnext zijn de resultaten van het 3i Print project en de VW Caddy met 3D geprinte front-end structuur te zien.  Altair en APWorks presenteren deze op stand E69/F70. Op 15 november is er om 10.00 uur een workshop.

Formext vindt van 14-17 november plaats in Frankfurt.

Foto’s: 3I Print