Additive Fertigung „Austausch ist ausdrücklich erwünscht“

Autor / Redakteur: Tina Rumpelt / Thomas Günnel

Von Arbeit im stillen Kämmerlein hält Daniel Schäfer nichts. Der Bereichsleiter im neuen BMW-Campus für Additive Manufacturing sieht im Austausch mit Partnern eine Chance, den 3-D-Drucks schneller zu industrialisieren.

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Daniel Schäfer ist Bereichsleiter Produktionsintegration und Pilotwerk im neuen BMW-Campus für die additive Fertigung.
Daniel Schäfer ist Bereichsleiter Produktionsintegration und Pilotwerk im neuen BMW-Campus für die additive Fertigung.
(Bild: Tom Kirkpatrick/BMW)

Herr Schäfer, was sind momentan die Treiber bei der additiven Fertigung in der Entwicklung?

Zeit und Kosten. Mit 3-D-Druck-Technologien als werkzeuglosem Verfahren können wir vor allem im Prototyping Bauteile sehr schnell und günstig bereitstellen. Auch können wir zu kleinen Kosten Dinge experimentell erforschen. Einen weiteren Treiber sehen wir in der sehr flexiblen Bauteilgestaltung, die uns die additive Fertigung ermöglicht.

Wenn wir Potenziale sehen, steigen wir bis ins Detail ein.

Der Fokus Pilotwerk liegt auf der Industrialisierung und Automatisierung additiver Fertigungsprozesse. Wo steckt der Teufel im Detail?

Bei der Produktivität und folglich auch bei den Kosten. Je mehr wir jedoch den Einsatz von „Additive Manufacturing“ verbreitern und je mehr Anwendungen wir in der Serie realisieren, desto besser können wir die Industrialisierung der 3-D-Druck-Technologien vorantreiben. Ein wichtiges Thema sind die Schnittstellen, ein Thema, das leider immer noch unterschätzt wird. Wir brauchen standardisierte Schnittstellen, um effizient automatisieren zu können. Nur so erzielen wir die angestrebte Produktivität und Wirtschaftlichkeit.

Schnittstellenstandards sind ein heikles Thema. Unterstützen die Anlagenhersteller die Standardisierungsbemühungen der OEMs beim 3-D-Druck?

Unsere Partner schätzen unsere Expertise: Sie kommen auf uns zu und tauschen sich mit uns aus. Wir geben unseren Input und definieren unsere Anforderungen. Das gilt für Start-ups und unsere langjährigen Zulieferer ebenso wie für unsere Partner im Anlagen- und Maschinenbau. Wir sind ihnen gegenüber sehr offen, führen intensive Diskussionen und erleben sehr konstruktive Partnerschaften.

Wie schätzen Sie die Kostenentwicklung bei Anlagen und Material ein?

Im Vergleich zu konventionellen Verfahren ist die additive Fertigung bei großen Stückzahlen nach wie vor wirtschaftlich nicht attraktiv. Nichtsdestotrotz fertigt BMW seit vielen Jahren 3-D-Druckteile, auch für Serienfahrzeuge. Dadurch haben wir uns eine hohe Inhouse-Kompetenz erarbeitet. Sie hilft uns heute bei der Zusammenarbeit mit den Anlagenherstellern, auch dort das Kostenthema weiter voranzutreiben. Bei den Materialpreisen sehen wir aufgrund der fortschreitenden Verbreitung von Additive-Manufacturing-Verfahren bereits eine für uns positive Entwicklung.

Geben die Elektromobilität und damit steigende Anforderungen an den Leichtbau additiven Fertigungsverfahren einen zusätzlichen Schub?

In der Elektromobilität spielt Leichtbau zweifellos eine wichtige Rolle, doch Additive Manufacturing ermöglicht mehr als ‚nur‘ Gewicht und Materialverbrauch zu reduzieren. Mit additiven Fertigungsverfahren erzeugen wir Bauteilgeometrien, die konventionell nicht darstellbar sind, zum Beispiel komplexe Hohlkörper. Außerdem realisieren wir mit 3-D-Druck neue Ansätze zur Bauteilintegration und damit zur Reduzierung der Teilekomplexität.

Rund 80 Prozent der heute bei BMW gefertigten 3-D-Bauteile sind aus Kunststoff, 20 Prozent aus Metall. Werden die Metallteile aufholen?

Wir arbeiten seit über zehn Jahren an additiven Fertigungsverfahren für Kunststoffe. Deshalb liegt der Kunststoffanteil heute höher. Ob und wann wir hier künftig Verschiebungen sehen, ist aktuell nicht relevant. Wichtiger ist uns, wo und wie wir den maximalen Nutzen generieren.

BMW beteiligt sich an vom BMBF geförderten Forschungsprojekt für hochautomatisierte 3-D-Druck-Fertigungslinien. Mit welchen Zielen?

Wir konzentrieren uns zunächst auf die Planung und das Design der Schnittstellen. Im zweiten Schritt werden wir Module entwickeln und eine Fertigungslinie aufbauen, die die gesamte Prozesskette abdeckt. Serientauglichkeit und Wirtschaftlichkeit stehen im Fokus dieses Projekts.

Sie streben bei dem Projekt an, die Fertigungskosten um bis zu 50 Prozent gegenüber heutigen 3-D-Druck-Verfahren zu senken. Wann werden wir solche Anlagen in der Serie sehen?

Hier und heute einen Zeithorizont zu nennen, wäre unseriös. Es hängt von zu vielen unterschiedlichen Parametern und natürlich auch von unseren Partnern ab.

Einer der Partner ist GKN Powder Metallurgy. Das Unternehmen des britischen GKN-Konzerns arbeitet parallel auch mit dem VW-eigenen Zentrum für metallischen 3-D-Druck zusammen. Befürchten Sie keinen Know-how-Abfluss?

Wir sehen im Austausch weniger ein Risiko als vielmehr neue Chancen. Wir teilen unsere Erfahrungen und Ergebnisse – ob rein wissenschaftlicher Art oder technologiebezogen – auch in den entsprechenden Netzwerken. Je mehr mitmachen, je mehr Anwendungen die Technologien global finden, umso wirtschaftlicher werden sie.

Wo bleibt da der Differenzierungsanspruch?

Natürlich beschäftigen wir uns auch damit, wie und wo wir uns bei additiven Fertigungstechnologien von unseren Wettbewerbern differenzieren wollen. Beispielsweise über kundenspezifische Individualisierung unserer Fahrzeuge, so wie wir es bei ausgewählten Mini-Modellen bereits anbieten.

Noch ist die Vielfalt der eingesetzten 3-D-Druck-Technologien groß. Werden es mittelfristig nennenswert weniger?

Die Vielfalt ist gut und richtig, weil wir vor allem in der Fahrzeugentwicklung mit ganz unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Geometrien, Materialien, Eigenschaften etc. konfrontiert sind. Dank der großen Bandbreite an Technologien, mit denen wir heute vertraut sind, können wir diese sehr ziel- und passgenau erfüllen. Künftig werden eher mehr denn weniger unterschiedliche Verfahren zum Einsatz kommen, um sicherzustellen, immer das Optimum herauszuholen.

Gilt das auch für künftige Serienanwendungen?

In der Serie sieht die Situation anders aus: Es kristallisieren sich einige Verfahren heraus, die unsere Anforderungen besonders gut erfüllen: mit Blick auf hohe Reproduzierbarkeit und Oberflächenqualität, wegen ihrer mechanischen Eigenschaften und letztlich auch wegen der Kosten. Dazu zählen vor allem flächig arbeitende Verfahren.

Zum Beispiel?

Mit der Multi-Jet-Fusion-Technologie von HP oder das mit UV-Licht arbeitende Digital-Light-Synthesis-Verfahren können wir mehrere Kunststoffbauteile gleichzeitig und sehr schnell in einer Anlage erzeugen. Sie sind somit wichtige Kostenschlüssel. Die DLS-Technologie wurde von dem Start-up Carbon im Silicon Valley entwickelt, in das wir 2017 über BMW „iVenture“ investiert und die Weiterentwicklung des Verfahrens gemeinsam vorangetrieben haben. Adidas setzt dieses Verfahren übrigens für den 3-D-Druck eines Sportschuhs ein.

Gibt es flächig arbeitende Verfahren auch für metallische Anwendungen?

Ja, zum Beispiel die Binder-Jetting-Technologie, die ähnlich einem Tintenstahldrucker arbeitet. Ein Sprühkopf fährt über ein Pulverbett und trägt den Binder auf. Darüber hinaus arbeiten wir auch an lasergeführten Verfahren für metallische Anwendungen.

Noch gibt es bei der additiven Fertigung viel Handarbeit. Auffällig ist zum Beispiel die aufwendige manuelle Reinigung der Bauteile von Pulverresten. Lässt sich hier manches automatisieren?

Wir orientieren uns an Verfahren, die wir in der Gießerei oder in der mechanischen Fertigung einsetzen: Rüttelanlagen oder Druckluftanwendungen zum Beispiel. Solche Verfahren eignen sich grundsätzlich auch für den Einsatz beim 3-D-Druck. Wir sind aber auch offen für innovative Verfahren, auch aus anderen Industriebereichen, die wir adaptieren können. Hier sind unsere Technologie-Scouts gefragt, die weltweit nach neuen Ideen Ausschau halten.

Additive Manufacturing bleibt ein sehr dynamischer Markt mit immer neuen Akteuren.

Wie tief steigt BMW in die Anlagenentwicklung für additive Fertigungsverfahren ein?

Wenn wir Potenziale sehen, steigen wir bis ins Detail ein. Wichtig ist uns, neben den Verfahren und den Materialien auch die Interaktion im Prozess zu verstehen. Die daraus abgeleiteten Erkenntnisse kommen meist direkt unseren Partnern, also beispielsweise den Anlagenherstellern zugute, da wir keine eigenen Anlagen entwickeln wollen.

Können Sie ein Beispiel nennen?

Wir testen oft schon in einer sehr frühen Phase neue Konzepte entlang unserer Wertströme. So simulieren wir beispielsweise den Effekt von schnelleren Anlagen mit einer Referenzausbringmenge für die Serienfertigung. Im Rahmen von Betatest-Programmen steuern wir unsere Sicht als Nutzer und Produzent bei – und wir unterstützen Firmen, die bereits an ausgereiften Anlagentypen arbeiten, diese zu optimieren. Dies kann vielfältig sein – von der Ergonomie bis hin zur Usability der Anlagen: zum Beispiel, wo sind in der Bedienoberfläche Informationen hinterlegt oder welche Warnsymbolik und Farben werden sofort und eindeutig erkannt. Denn es ist uns auch wichtig, die Technologien so in unsere Prozesse zu integrieren, dass unsere Mitarbeiter sie schnell erlernen und später effizient einsetzen können.

BMW hat sich auch am Start-up Xometry beteiligt, eine Plattform für On-Demand-Fertigung, auch von 3-D-Druck-Bauteilen. Warum?

Xometry vernetzt Anbieter und Kunden. Über unseren Einstieg profitieren wir von einem erweiterten Additive-Manufacturing-Netzwerk.

Bis heute haben Sie im Themenfeld Additive Manufacturing rund 250 Start-ups gescoutet, in ein gutes Dutzend davon wurde investiert und eine enge Zusammenarbeit vereinbart. Führen Sie diese Partnersuche auch weiterhin so intensiv fort?

Ja, auf alle Fälle. Additive Manufacturing ist ein sich weiter sehr dynamisch entwickelnder Markt mit immer neuen Akteuren, den wir weiterhin sehr intensiv beobachten – immer auf der Suche nach neuen Ideen und neuer Expertise.

Zur Person

Daniel Schäfer, 52, studierte Maschinenbau und Produktionstechnik und begann seine berufliche Laufbahn bei Audi im Bereich Produktion. Bei BMW war Schäfer in der strategischen Planung in München beschäftigt, anschließend im dreijährigen Wechsel in der Produktion Bodengruppe und Planungsintegration in Oxford, in der Strukturplanung und Fertigungssteuerung im Werk Dingolfing und in der Planung neuer Fahrzeuge. Schäfer war Montageleiter im Werk Leipzig und Werkleiter des Werks im chinesischen Tiexi. Ab 2018 leitete er für ein Jahr den Bereich Technologie und Produktion bei BMW Brilliance China. Seit 2020 ist Daniel Schäfer Bereichsleiter Produktionsintegration und Pilotwerk.

Das Interview führte Tina Rumpelt

Dieser Beitrag wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal Automobil Industrie veröffentlicht.

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