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Experteninterview: Jan Tremel über die Nutzung des 3D-Drucks im Kompetenz Zentrum von Bosch

Das deutsche multinationale Engineering- und Technologieunternehmen Bosch ist möglicherweise der weltweit größte Zulieferer von Automobilkomponenten und ein wichtiger Zulieferer von Industrietechnologien, Konsumgütern sowie Energie- und Gebäudetechnik.
 
Es ist daher nicht verwunderlich, dass sich das Unternehmen auch stark in der additiven Fertigung (AM) engagiert. Die Technologie beschleunigt die Markteinführung neuer Produkte beim Prototyping und kann bei der Produktion mehr Agilität und Flexibilität in eine Lieferkette einbringen, indem bestimmte Komponenten schneller und nach Bedarf gedruckt werden. 
 
Bosch setzt AM bereits in allen Unternehmensbereichen ein und verfügt über ein Kompetenzzentrum das sich besonderes dem 3D-Druck widmet. 
 
Um mehr darüber zu erfahren, wie Bosch den 3D-Druck in seinem gesamten Geschäft anwendet, ist heute Jan Tremel, Leiter des Kompetenzzentrums für 3D-Druck (CoC), der zum Bereich Powertrain Solutions gehört, zu uns gekommen. 
 
Durch Jan erfahren wir, welche Vorteile AM für Bosch mit sich bringt, welche Herausforderungen die Übernahme des 3D-Drucks im eigenen Haus mit sich brachte und wie der aktuelle Stand und die Zukunft des 3D-Drucks in der Automobilindustrie aussehen. 
 
Können Sie mir etwas über Ihren Hintergrund erzählen und wie Sie zu AM gekommen sind?
 

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Jan Tremel, Leiter des Kompetenzzentrums für 3D-Druck [Bildnachweis: Bosch]
 

Ich war zum ersten Mal in den Jahren 2006 und 2007 involviert, als die RepRap-Bewegung an Fahrt gewann. 
 
Ich war von der Technologie fasziniert und baute meinen ersten 3D-Drucker selbst an der Uni. 
 
Bei Bosch dachte ich darüber nach, wie viel einfacher es wäre, wenn wir Zugang zu einem kleinen 3D-Drucker hätten. Diese Idee hat mich dann inspiriert mehrere Vorschläge zu machen, die schließlich zur Schaffung eines Kompetenzzentrums führten. 
 
Zu diesem Zeitpunkt erkannte Bosch, dass diese Technologie sowohl für Kunststoffe als auch für Metalle integriert werden muss, um sie in ihre Weiterentwicklungen für die von uns am Markt angebotenen Verbrennungsmotorteile einfließen zu lassen. 
 
Ich bin derzeit in der Geschäftseinheit Powertrain Solutions tätig. Diese macht fast ein Viertel des Bosch-Gesamtumsatzes per Annum aus und umfasst rund ein Viertel aller Mitarbeiter von Bosch. Hier versuchen wir, den 3D-Druck in seriösen Projekten wie Hochdruckpumpen für Benzin und Diesel, Injektoren und anderen Hydrauliksystemen umzusetzen. 
 
Sie leiten derzeit das Kompetenzzentrum für 3D-Druck. Können Sie mir etwas über die Arbeit erzählen, die Sie dort leisten, und wie Sie die Technologie anwenden?
 
Bei Bosch haben wir mehrere Kompetenzzentren. 
 
Damit Sie sich einen Überblick verschaffen können, wir sind bei Bosch in vier Hauptbranchen unterteilt. Das heißt, wir haben eine Niederlassung für Gebäudetechnik, zum Beispiel Überwachungskameras, Mikrofone für große Arenen usw.
 
Eine andere Einheit ist für Konsumgüter zuständig, vom Ofen bis hin zur Waschmaschine. 
 
Dann haben wir den Bereich Industrietechnik, der sich auf Spezialmaschinen für die Schwerindustrie spezialisiert hat. 
 
Schließlich ist meine Einheit Powertrain Solutions, das ist der Automobilbereich. Alle von mir beschriebenen Einheiten verfügen über eigene Teams, die für die Implementierung von AM in ihre Produktlinien verantwortlich sind. 
 
In meiner Abteilung widme ich mich zu 50 Prozent der Entwicklung neuer Produkte. Das heißt, ich unterstütze meine Kollegen in der Produktentwicklung, unter Verwendung von 3D-gedruckten Bauteilen in den neuen Produkten. 
 
Dies erfordert die Schaffung innovativer neuer Anwendungen, die von der Komplexität des Designs profitieren, die der 3D-Druck ermöglicht.
 
Andererseits arbeite ich auch mit all unseren Produktionsstätten zusammen. Dies bedeutet, dass ich Menschen befähige oder unterrichte, die direkt am Fließband und in der Fertigung arbeiten, damit sie AM in ihrer täglichen Arbeit einsetzen können. 
 
Lassen Sie mich ein Beispiel nennen: Ein Wartungsteam hat die Aufgabe, eine Produktionslinie den ganzen Tag über am Laufen zu halten. Und sie benötigen zum Beispiel einen Greifer Austausch, den sie an einem Roboter anbringen können, um defekte Teile auszutauschen und Ausfallzeiten zu vermeiden.
 
Ich organisiere Workshops mit ihnen , um ihnen zu zeigen, was mit Standardmaterialien und einem einfachen 3D-Drucker möglich ist, damit sie dieses Ersatzteil für ihre Ausrüstung erstellen können. 
 
Darüber hinaus zielen wir aktiv auf Kostensenkungsszenarien ab, bei denen wir beispielsweise vorhandene Konstruktionen durch 3D-gedruckte Teile ersetzen können, um intern Geld zu sparen. Wir haben z.B. viele Testgeräte, die verbessert werden können. Mit dem 3D-Druck können Sie die Taktzeit der Station selbst und damit die Leistung der gesamten Linie verbessern. Dies hilft uns, die Kosten niedrig zu halten und Abfall zu reduzieren.
 
Welchen Wert hat der 3D-Druck für die Automobilindustrie?
 
AM ergänzt ein bereits etabliertes Prozessportfolio um einen weiteren nützlichen Prozess. In der Automobilindustrie wenden wir Verfahren wie Fräsen und Drehen an, können Teile beschichten und Kunststoffspritzguss herstellen. Diese Prozesse sind alle gut verstanden. 
 
Alle diese Prozesse weisen jedoch bestimmte Einschränkungen hinsichtlich der Flexibilität des Designs und der Iterationsfähigkeit auf. 
 
In der Automobilindustrie werden die Produktionszyklen immer kürzer. Das heißt, Sie möchten Teile und Konstruktionen sehr schnell testen. In dieser Hinsicht können Standardprozesse sehr kostenaufwendig sein und ziemlich lange dauern. 
 
Lassen Sie mich Ihnen ein Beispiel geben. Wenn Sie das Formwerkzeug für ein kompliziertes Kunststoffteil benötigen, kann die Herstellung 12 bis 14 Wochen oder sogar länger dauern. Und mit AM können Sie das gleiche Ergebnis in viel kürzerer Zeit erzielen, vielleicht in 2 bis 4 Wochen. 
 
Dies bedeutet, dass Sie beim 3D-Druck mindestens 3 Iterationen eines Teils haben können, während Sie beim Spritzgießen nur eine verwenden können, um Ihr Bauteil zu verbessern. Auf diese Weise ermöglicht AM einen viel kürzeren Iterationszyklus, mit dem Sie Ihre Komponente verbessern können. 
 
Und dies ist nur ein Bereich, in dem der 3D-Druck Abhilfe schaffen kann. 
 
In Bezug auf die Serienproduktion erwarte ich, dass AM verwendet wird, um Autos in einem viel größeren Ausmaß als heute zu individualisieren. Es macht wenig Sinn, in Serie gefertigte Bauteile wie Sitze oder Lenkräder im 3D-Druck zu drucken. 
 
Wenn Sie jedoch kleine Produktionsmengen haben, wie dies heute bei Luxus- oder Sportwagen der Fall ist, kann AM die Herstellung von Sonderteilen für solche Autos wirtschaftlicher gestalten, als wenn Sie diese mit einer herkömmlichen Technologie herstellen würden. 
 
Wir werden dies zum einen an einer sehr exklusiven Fahrzeuglinie und hier mit einer sehr begrenzten Anzahl von Teilen sehen, die speziell dafür produziert werden. 
 
Da AM-Prozesse immer schneller und besser werden, werden die AM-Produktionsvolumina irgendwann von einigen hundert Teilen auf mehrere tausend Teile ansteigen. 
 
Sind bei AM noch Herausforderungen zu bewältigen, um den Übergang zur Serienproduktion zu beschleunigen?
 
Es gibt  noch viele Barrieren.
 
Eine davon sind materielle Einschränkungen. Es ist noch ein langer Weg für die Industrie, bis wir die richtigen Materialien, sowohl Metalle als auch Kunststoffe, für Automobilanwendungen haben. Beispielsweise erfordern einige unserer Komponenten hochwertigen Stahl, der sehr hohem Druck standhalten muss.
 
Wenn Sie sich ein modernes Auto ansehen, gibt es außerdem viele Komponenten aus Glasfaser gefüllten Kunststoffen, die derzeit entweder nicht auf dem Markt erhältlich sind oder die viel teurer sind als die Materialien, die wir bei herkömmlichen Prozessen verwenden.
 
Sie haben beispielsweise ein Kunststoffbauteil in der Nähe eines Verbrennungsmotors. Dieses Teil stellt sehr hohe Anforderungen an die Temperatur und wird typischerweise aus einem Polyamid hergestellt, das mit Glasfasern gefüllt ist. AM-Materialien können dieses Teil nicht auf die gleiche Weise und mit den gleichen Eigenschaften herstellen, die wir heute bei herkömmlichen Kunststoffen sehen. 
 
Ein bearbeitetes Material und ein additiv hergestelltes Material hätten völlig andere Eigenschaften, da durch das schichtweise Schmelzen des Materials eine andere innere Mikrostruktur entsteht, als wir es von Standardmaterialien gewohnt sind. 
 
Ein weiteres Hindernis ist die mangelnde Genauigkeit und Wiederholbarkeit. AM-Systeme müssen noch verbessert werden, damit dieselben Teile auf verschiedenen Druckern jedes Mal mit genauen Abmessungen gedruckt werden können.
 
Wenn Sie sich Steckverbinder und andere Komponenten mit sehr kleinen Löchern und engen Toleranzen ansehen, ist dies für 3D-Drucker auch eine Herausforderung.
 
Schließlich sehen wir noch viele manuelle Prozesse in AM. Ich gebe zu, dass die Industrie versucht, mehr Automatisierung einzuführen, aber es gibt immer noch viele manuelle Prozesse, z. B. das Entfernen von Pulver im 3D-Metalldruck, was die Technologie sehr kostenintensiv macht.
 
Produktivität ist ein entscheidender Faktor für die Automobilindustrie, wenn es um die Übernahme von AM geht. 
 
Wie sehen Sie die Entwicklung von AM in der Automobilindustrie in den nächsten 5 Jahren?
 
Die Automobilindustrie hat einen anderen Ansatz für Anwendungen als die Medizin- oder Luftfahrtindustrie, in der Produkte normalerweise eine lange Lebensdauer haben, z.B. zwanzig oder mehr Jahre für ein Flugzeug.
 
Der Preispunkt in der Automobilproduktion ist ebenfalls niedriger, und Sie müssen sehr genaue Preisberechnungen durchführen. Dies bedeutet, dass AM nur verwendet wird, wenn es einen klaren Kostenvorteil hat.
 
Ich bin also ziemlich vorsichtig, wenn ich sage, dass AM in den nächsten Jahren für ernsthafte Automobilkomponenten verwendet wird. Es wird auf jeden Fall weiterhin als Beschleuniger für die Produktentwicklung dienen.
 
Es dauert noch lange, bis die additive Fertigung für die Massenproduktion in der Automobilindustrie eingesetzt wird. 
 
Ist es eine Herausforderung, die Menschen vom Wert des 3D-Drucks zu überzeugen, oder stellen Sie fest, dass die Menschen für die Übernahme der Technologie sehr aufgeschlossen sind?
 
Es kommt sehr darauf an. Als wir begannen, hatten wir einen sehr missionarischen Ansatz, um alle davon zu überzeugen, dass der 3D-Druck eines der größten Dinge der Welt ist.
 
Heute konzentrieren wir uns mehr auf Projekte, die in der Produktion wirklich einen Unterschied machen. Nicht alles, was additiv gemacht werden kann, sollte mit dieser Technologie gemacht werden. Wir schauen uns Anwendungen an, die vom 3D-Druck profitieren könnten. 
 
In den 4 Jahren seit meinem Beitritt haben wir gesehen, dass viele Menschen auch bereits einen Drucker zu Hause haben. Deshalb geben wir ihnen die Möglichkeit, einen 3D-Drucker nicht nur privat, sondern auch beruflich zu nutzen, um ihnen die Möglichkeit zu geben, etwas Neues zu tun. 
 
Gibt es Trends in der Branche, auf die Sie sich freuen?
 
Das ist eine interessante Frage.
 
Ich bin sehr interessiert an Start-ups, die ihre Versprechen wirklich einhalten können. Ich habe viele Start-ups gesehen, die versuchen, ein Geschäftsmodell um einen Prozess herum zu erstellen, der nicht eindeutig entwickelt wurde.
 
Aber ich bin fasziniert von neuen Prozessen, die wirklich funktionieren. Im Kunststoff- und Metallbereich sehen wir viele interessante Entwicklungen der größeren Hersteller, die AM wirklich ernst nehmen. 
 
Früher waren die Leute glücklich, als sie ein Teil in der Hand hatten, und man konnte ihnen sagen, dass es 3D gedruckt war. Heute kümmern sich die Menschen viel mehr um alle technischen Details, damit die Eigenschaften des gedruckten Materials erfüllt werden. 
 
Was ich auch mag, ist, dass der Markt professioneller wird. Dies bedeutet, dass Sie auch für Filamente jetzt qualifizierte technische Daten erhalten, die nicht nur mechanische Zugspannungen, sondern auch Sicherheitsdatenblätter umfassen. Das macht den 3D-Druck in unserer täglichen Arbeit viel einfacher. 
 
Was hält 2020 für die Geschäftseinheit Powertrain Solutions bei Bosch, wenn es um AM geht?
 
Die nächsten 12 Monate werden einen klaren Fokus auf die Kostensenkung und die interne Verbesserung unserer Herstellungsprozesse haben.
 
Wir werden uns für eine bessere Verfügbarkeit des 3D-Drucks innerhalb Powertrain Solutions einsetzen. Dies bedeutet, dass unsere Mitarbeiter mehr Möglichkeiten haben, AM für kleine bis mittlere Serien einzusetzen.