Die industrielle additive Fertigung mittels SLS ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Entwicklung und Funktionsprüfung von Prototypen von Kraftstofftanksystemen.
In der Entwicklung von Kraftstoffsystemen für Kraftfahrzeuge wurde die Prototypenfertigung traditionell durch teure Werkzeuge und lange Fertigungszeiten eingeschränkt. Kraftstofftankgehäuse, interne Schwallbleche und andere Komponenten werden typischerweise durch Vakuumformen mit Schnellwerkzeugen oder CNC-Bearbeitung hergestellt, was Designiterationen sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig macht.
Industrielles SLS-3D-Druckverfahren (Selektives Lasersintern) bietet eine alternative Methode. Durch den Wegfall von Werkzeugen und die direkte Herstellung funktionaler Polymerbauteile aus CAD-Daten können Hersteller die Prototypenvalidierung deutlich beschleunigen und gleichzeitig die Entwicklungskosten senken.
Ersatz von Werkzeugen und CNC-Bearbeitung durch SLS-Fertigung
Die konventionelle Herstellung von Kraftstofftank-Prototypen erfordert häufig Spezialwerkzeuge. Je nach Tankgröße kostet eine Schnellvakuumformform etwa 5,500–7,000 US-Dollar, die Produktionszeit beträgt ca. 12–14 Tage. Die internen Kraftstofftank-Schwallwände werden üblicherweise CNC-gefräst aus Polyethylen gefertigt, kosten ca. 400–800 US-Dollar pro Stück und benötigen vier bis sieben Tage Produktionszeit.
Wenn sich Konstruktionen ändern – was während der Produktentwicklung häufig vorkommt –, muss der Werkzeug- oder Bearbeitungsprozess oft wiederholt werden, was sowohl die Kosten als auch die Projektlaufzeiten erhöht.
Um die Entwicklungseffizienz zu verbessern, Automobil-Kraftstoffsystemlieferant YAPP Automotive Systems hat die industrielle SLS-Lösung von TPM3D übernommen und kombiniert diese mit P360 SLS 3D-Drucker an. Nach der Installation können Sie HEIC-Dateien mit der PPS360 Pulveraufbereitungsstation. Das Unternehmen nutzt Precimid1176Pro GF30 BLK, ein glasfaserverstärktes PA12-Material, um Prototypen von Kraftstofftankleitblechen direkt aus digitalen Entwürfen herzustellen.
Die Umstellung von der ausgelagerten Bearbeitung auf die hauseigene SLS-Produktion hat den Entwicklungszyklus erheblich verkürzt. Prototypen von Leitblechen können nun innerhalb eines Tages statt etwa fünf Tagen gefertigt werden, wodurch sich die Lieferzeit um rund 80 % reduziert.
Die Herstellungskosten sind ebenfalls deutlich gesunken. Die Kosten für die Herstellung eines Prototyp-Schallwandelements konnten reduziert werden von ca. USD 625 zu rund 85 USD—eine Reduzierung von 87%.
Nach dem Sandstrahlen weisen die gedruckten Teile eine ausreichende Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität für die Montage und Funktionsprüfung auf. Ingenieure können CAD-Modelle modifizieren, aktualisierte Teile drucken und die Validierung innerhalb des nächsten Tages abschließen, was deutlich schnellere Designiterationen ermöglicht.
Großformatige SLS-Systeme für Prototypen von Treibstofftankhüllen
Über einzelne Komponenten hinaus bietet TPM3D großformatige Dual-Laser-SLS-Systeme an – einschließlich der P550DL und S600DL—ermöglicht die einteilige Fertigung von Prototypen großer Treibstofftankhüllen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Vakuumformverfahren können die Herstellungskosten für einen kompletten Kraftstofftankprototypen reduziert werden von ca. USD 7,000 zu rund 1,250 USDwas einer Kostenreduzierung von etwa 82%.
Die Vorlaufzeiten können ebenfalls von etwa 12 Tagen auf nur zwei Tage verkürzt werden, wodurch sich die Lieferzeit um etwa 83 % reduziert.
TPM3D entwickelt außerdem SLS-Systeme im Metermaßstab, die zukünftig noch größere Anwendungen im Automobilbereich unterstützen sollen.
Funktionstests jenseits visueller Prototypen
Im Gegensatz zu reinen Designmodellen, die nur für Designprüfungen hergestellt werden, können im SLS-Verfahren gefertigte Kraftstofftankkomponenten auch für Funktionstests während der Produktentwicklung eingesetzt werden.
Typische Validierungsanwendungen umfassen:
- Sechsachsige Schwingungssimulation: Die mechanische Festigkeit und die isotropen Eigenschaften von Precimid1176Pro GF30 BLK ermöglichen es, einteilig gedruckte Kraftstofftankprototypen Vibrations- und Lastsimulationstests zu unterziehen. Integrierte Sensoren können zudem eingesetzt werden, um während der Tests Spannungs- und Dehnungsdaten zu erfassen.
- Dichtungs- und Temperaturbewertung: Nach der Nachbearbeitung und Versiegelung können gedruckte Kraftstofftanks auf Luftdichtheit, Wasserdichtheit und Wärmeleistung geprüft werden.
- Akustische Prüfung: Gedruckte Kraftstofftank-Schwallbleche unterstützen die schnelle Bewertung von Geräuschreduzierungskonzepten und ermöglichen es Ingenieuren, mehrere Designiterationen zu vergleichen und gleichzeitig die Entwicklungskosten zu minimieren.
Diese Fähigkeiten erweitern die Rolle von SLS über die visuelle Prototypenerstellung hinaus und ermöglichen es den Entwicklungsteams, die Produktleistung früher im Entwicklungsprozess zu validieren und gegebenenfalls eine funktionale Kleinserienfertigung zu unterstützen.
Beschleunigung der digitalen Entwicklung für Kraftstoffsysteme in der Automobilindustrie
Da die Automobilhersteller die Entwicklungszyklen immer weiter verkürzen, wird die additive Fertigung zu einem zunehmend praktischen Werkzeug für die Prototypenproduktion und die Validierung von Konstruktionslösungen.
Durch die Kombination von industrieller SLS-Hardware mit technischen Polymerwerkstoffen ermöglicht die Lösung von TPM3D Automobilentwicklern, die Abhängigkeit von Spezialwerkzeugen zu verringern, Designiterationen zu beschleunigen und die Kosten für die Prototypenherstellung zu senken.
Für Anwendungen wie Kraftstofftanksysteme – bei denen oft mehrere Validierungsrunden erforderlich sind – bietet der SLS-3D-Druck einen flexiblen Fertigungsablauf, der schnellere technische Entscheidungen ermöglicht und gleichzeitig die für die Tests notwendige Funktionalität aufrechterhält.
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