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Lokale Fertigung

Aus technischer Sicht 2019-10-24 Kip Hanson Shawn Poynter

Mit additiven Fertigungsverfahren hergestellte Werkzeuge von Sandvik Coromant ermöglichen einem Automobilhersteller, seine Nachhaltigkeitsziele zu verfolgen.

​Elektrofahrzeuge sind nichts Neues. Von Nissan über Tesla bis BMW, die Automobilhersteller auf der ganzen Welt bringen Elektrofahrzeuge auf den Markt. Weltweit sind bereits über 5 Millionen Fahrzeuge ohne Verbrennungsmotor unterwegs, und viele weitere werden folgen.

Auch autonome Fahrzeuge sind bereits in Erprobung. Obwohl sie noch keine breite Akzeptanz gefunden haben, dürften die selbstfahrenden Fahrzeuge in den kommenden Jahren zu einem neuen Marktsegment werden.

​Neu sind jedoch autonome Elektrofahrzeuge, die auf einem riesigen 3D-Drucker produziert und dann von einem kleinen Team von Mitarbeitern in einer „Mikrofabrik“ montiert werden. Dabei handelt es sich um eine Fertigungsanlage, die nicht größer als der „Einzelhandelsladen um die Ecke“ ist. Darüber hinaus sind diese futuristischen Fahrzeuge oft auf die spezifischen Bedürfnisse der Menschen oder Unternehmen zugeschnitten, die sie kaufen.

Lernen Sie Olli kennen, einen Shuttle-Bus, der nicht nur die uns vertraute Mobilität erheblich verändern, sondern auch die Art und Weise revolutionieren wird, wie Automobilhersteller ihre Produkte entwickeln, produzieren und vermarkten. Wenn Sie die International Manufacturing Technology Show (IMTS) 2018 in Chicago besucht haben, ist Ihnen Olli wahrscheinlich bereits begegnet. Vielleicht konnten Sie sich nach einem anstrengenden Messerundgang in seiner klimatisierten Komfortfahrgastkabine erholen und wurden mit diesem fahrerlosen Shuttle-Bus zusammen mit anderen IMTS-Besuchern von Messehalle zu Messehalle transportiert.

​Der Fahrzeughersteller Local Motors mit Sitz in Arizona hat bereits mehrere kühne Ideen umgesetzt. Auf der IMTS 2014 produzierte das Unternehmen auf dem Hallenboden des Kongresszentrums den Strati, den weltweit ersten Pkw aus dem 3D-Drucker. Am letzten Tag der Messe unternahmen der Gründer von Local Motors, Jay Rogers, und der Präsident der Association for Manufacturing Technology, Douglas Woods, mit dem Strati eine Spritztour.

Seit seiner Gründung im Jahr 2007 hat Local Motors mehrere Fahrzeuge vorgestellt, die alle mit Hilfe einer Online-Community entwickelt wurden: den Rally Fighter, das erste Serienfahrzeug, sowie den XC2V, ein experimentelles Militärfahrzeug, das mit einem Crowdsourcing-Konzept entstand, das elektrisch angetriebene Drift-Trike Verrado und den „vollständig anpassbaren“ LM3D Swim Roadster. Das interessanteste Fahrzeugkonzept, zumindest für alle, die nach einem langen Arbeitstag Pizza mögen, war der Domino's DXP (DXP steht für „Delivery Expert“). Es soll sich um das „ultimative Lieferfahrzeug“ handeln. Alle Fahrzeuge wurden nicht mit traditioneller Fertigung, sondern mit dem Mikrofabrikkonzept hergestellt.

​Es wurde deutlich, dass Innovation und Partnerschaften die Grundprinzipien dieses jungen Unternehmens sind. Deshalb war niemand überrascht, als sich Tim Novikov, einer der hoch qualifizierten Fertigungsingenieure von Local Motors, an einen anderen Branchenpionier, Sandvik Coromant, wandte. Er bat um Unterstützung bei der Lösung von Bearbeitungsproblemen, die bei der Fertigung des Olli-Chassis auf dem 3D-Drucker entstanden.

Allerdings empfahl der Vertriebsingenieur des Werkzeugherstellers, Matt Brazelton, eine Lösung, die auch mit additiver Fertigung realisiert werden konnte. Der neue CoroMill® 390 Lightweight ist der weltweit erste additiv gefertigte Wendeschneidplattenfräser, welcher sich als großer Erfolg erwies. Durch die Montage des ultraleichten Fräsers auf einer Silent Tools™ Bohrstange von Sandvik Coromant, die mit einer Coromant Capto® Schnellwechselschnittstelle ausgestattet ist, konnten die beiden Ingenieure die Bearbeitungszeit des Olli-Chassis um unglaubliche 95 Prozent reduzieren.

Doch bei dieser Erfolgsgeschichte steht nicht die Zerspanung im Vordergrund, sondern eine Vision. Die Vision für eine sauberere, nachhaltigere Zukunft, lokale Investitionen und ein völlig neues Konzept für die Herstellung von Produkten, das mit der Fertigung in einer Mikrofabrik beginnt.

„Ich bin im Osten von Tennessee aufgewachsen“, erklärt Billy Hughes, Leiter des Forschungs- und Entwicklungsprogramms von Local Motors. „Wir haben hier eine starke Gemeinschaftskultur, und unsere Mikrofabrik in Knoxville (Tennessee) nimmt an dieser Kultur teil. Wenn möglich, verwenden wir Komponenten wie Batterien und Aluminiumunterkonstruktionen, die aus der Region stammen. Viele unserer Mitarbeiter sind wie ich: Sie kommen aus der Region und kennen das Umfeld. Das steht hinter dem 'Local' im Firmennamen. Wir gehören zur lokalen Gemeinschaft und unterstützen die Menschen, die dort leben.“

Mikrofabriken verbrauchen keine riesigen Landflächen wie traditionelle Fabriken, erklärt Hughes, sondern helfen bei der Revitalisierung von Gemeinden durch die Umnutzung leerer Gebäude. Sie verwandeln gescheiterte Unternehmen oft in dynamische, zukunftsorientierte Handelspartner und Anbieter von hochbezahlten technischen Arbeitsplätzen. Mikrofabriken sind auch erheblich flexibler als ihre großen Pendants. Dort dauert die Entwicklung eines neuen Pkw- oder Lkw-Modells mehrere Jahre und die Fertigung einen Monat. Bei Local Motors entsteht ein maßgeschneidertes Fahrzeug in wenigen Wochen.

Hughes führt viel von dieser Agilität auf die direkte digitale Fertigung oder DDM-Verfahren zurück, eine Technologie, die den 3D-Druck beinhaltet, aber noch erheblich weiter geht. So nutzen beispielsweise die Design- und Entwicklungsteams von Local Motors die neuesten CAD-Simulations- und andere Softwaretools und sind laut Hughes immer auf der Suche nach einer noch besseren Lösung. Sie verbrachten mehrere Jahre damit, eigene, kohlefaserverstärkte Materialien zu entwickeln, damit das Olli-Chassis sowohl sicher als auch strukturell stabil ist. Darüber hinaus sammeln und analysieren sie Daten nicht nur aus der Fertigung, sondern auch von den ausgelieferten Fahrzeugen und nutzen sie zur kontinuierlichen Verbesserung ihrer Prozesse und Produkte.

„Wir haben viele kreative Brainstorming-Sitzungen mit dem Team und treffen Entscheidungen auf der Grundlage von Wissenschaft und verfügbaren Daten“, berichtet Hughes. „Für ein Konzeptfahrzeug verwenden wir beispielsweise kleine Drucker und suchen dann Wege für weitere Verbesserungen. Vielleicht stellen wir dann fest, dass es besser wäre, den Akkupack an einer anderen Stelle zu montieren oder den Kabelbaum zu verändern, damit er leichter zu produzieren ist. Wir streben ständig nach Einfachheit im Design. Aus diesem Grund bestehen unsere Fahrzeuge nur aus 40 bis 50 Teilen und nicht aus mehreren tausend.“

Wie bereits erwähnt, ist auch die verwendete Hardware auf dem neuesten Stand der Technik. Der 12 Meter lange 3D-Drucker, mit dem der Olli produziert wurde, umfasst eine Fräseinheit, die es dem Unternehmen ermöglicht, ein komplettes Chassis mit minimalem Handling und stark reduzierten Werkzeugkosten herzustellen. Mit diesem Ansatz kann auch eine umfassende Freiheit im Design realisiert werden. In einer aktuellen Anwendung entwarfen und bauten die Ingenieure von Local Motors einen einzigartigen autonomen Wassertankwagen, der sich nicht erheblich von den riesigen Fahrzeugen auf Baustellen unterscheidet. Sie produzierten ihn in nur drei Wochen und zu einem Bruchteil der Kosten konkurrierender Fertigungsverfahren.

Durch diese Flexibilität kann Local Motors seine Mikrofabriken praktisch überall auf der Welt platzieren und damit einen Beitrag für die Entwicklung der jeweiligen Region und die dort lebenden Menschen leisten. Es gibt keine massiven Produktionsinfrastrukturen mehr, die unterstützt werden müssen. Es sind auch keine Massenentlassungen zu befürchten, wenn der größte Arbeitgeber einer Stadt beispielsweise beschließt, seine Aktivitäten ins Ausland zu verlagern. Stattdessen arbeiten diese Kleinstbetriebe mit den Bürgern und der Verwaltung der Stadt zusammen, wenn Probleme gelöst werden müssen.

„Es geht um den Größenvorteil“, meint Hughes. „Wir wollen uns mit unserer Größe an lokale Gegebenheiten anpassen und nicht riesige Mengen an Produkten aufbauen, die dann an andere Orte geliefert werden. Das ist die Idee hinter kleinen, wendigen Fertigungsanlagen. Sie sind in der Lage, die Bedürfnisse einer begrenzten Gruppe zu erfüllen. Aber es geht auch um die Mitarbeiter/innen der Zukunft. Hersteller auf der ganzen Welt unternehmen große Anstrengungen, um neue Technologien einzusetzen und die Mitarbeiter/innen auszubilden, die in einer sich schnell entwickelnden digitalen Welt arbeiten. Und während sie immer noch darüber reden, wie sie das erreichen können, tun wir es bereits. Das ist das Schöne an unserem Konzept.“

Local Motors eröffnete vor nahezu einem Jahrzehnt seine erste Mikrofabrik in Phoenix (Arizona) und expandierte nach Knoxville, dem Werk, in dem Hughes und sein Team arbeiten. Das Unternehmen hat kürzlich eine Vorführ- und Schulungseinrichtung in Maryland eröffnet. Unterdessen will der Autohersteller auch im pazifischen Nordwesten der USA, in Südkalifornien, Mitteleuropa, Australien und darüber hinaus in jeder Stadt tätig werden, die bereit ist, eine vollelektrische, autonome und lokal gefertigte Transportlösung zu unterstützen.

Der Olli kann im öffentlichen Nahverkehr eingesetzt werden, fährt Hughes fort. Er eignet sich jedoch auch für Einkaufszentren, Vergnügungsparks oder einen Universitätscampus. Mit dem Olli entstehen endlose Möglichkeiten für eine saubere, grüne und nachhaltige Zukunft. „Es ist sehr spannend am Aufbau der Arbeitsplätze, der Fabriken und insbesondere am Fahrzeug der Zukunft mitzuwirken und wir freuen uns, dass uns großartige Unternehmen wie Sandvik Coromant auf dieser Reise begleiten.“

 

 

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