Moderne Produktionsanlagen für Fahrzeuge sind schnell, komplex und extrem gut aufeinander abgestimmt. Sie vertrauen stark auf Technologie und Automatisierung, aber auch auf zahlreiche Werkzeuge und Vorrichtungen, die speziell für die Anlage oder gar für einzelne Fahrzeugmodelle gefertigt werden.

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Diese einzigartigen, maßgefertigten Komponenten stehen bei der Verbesserung der Produktionsanlage nur selten im Mittelpunkt. Volvo Car Gent und Materialise haben das geändert. Gemeinsam haben wir entdeckt, dass sich durch die Verbesserung der Leistung und Optimierung der Bereitstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen Einsparungen, Freiräume bei der Produktion und vieles mehr erzielen lassen. Wie geht das? Durch den Einsatz einer Kombination aus 3D-gedruckten handelsüblichen Teilen, mit denen sich maßgeschneiderte Lösungen schneller erstellen lassen. Das erste Beispiel: eine Klebevorrichtung, mit der Arbeiter unterschiedliche Kombinationen des Volvo-Logos, der Modellnummer und andere Informationen auf den Kofferraum aufkleben können.

Die neue Klebevorrichtung kombiniert alle früheren Komponenten in einer Halterung, wiegt 64 % weniger und kann in nur zwei Wochen zu fast der Hälfte des Preises der früheren Vorrichtung geliefert werden.

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Drucken von Produktionsanlagen – ein kleiner Anfang

Fast die Hälfte der jährlichen Fahrzeugproduktion von Volvo (533.000 insgesamt 2016) läuft bei Volvo Car Gent in Gent, Belgien vom Band. An dem Standort werden der XC60, S60 und V40 sowie die jeweiligen Cross Country-Modelle gefertigt – etwa 57 Fahrzeuge pro Stunde für Kunden auf der ganzen Welt. Das ist eine schnelllebige, harte Umgebung mit wenig Raum für Fehler.

Ein kleiner, aber wichtiger Schritt in der Montage eines Volvos ist das Branding jedes Fahrzeugs mit Logo, Modellnummer und anderen Angaben. Diese variieren je nach Fahrzeug, müssen jedoch präzise und einheitlich, schnell und ohne Beschädigung der Lackierung am Kofferraum angebracht werden. In der Vergangenheit geschah dies mittels einer separaten, umständlichen Klebevorrichtungs – Vorlagen, die von den Arbeitern auf das Heck gehoben wurden, um dann die richtigen Kennzeichnungen an der richtigen Stelle und mit der korrekten Ausrichtung zu platzieren.

Hannes Wauters, Equipment Engineer bei Volvo Car Gent, ist immer auf der Suche nach Möglichkeiten, derartige Produktionshilfen und Vorrichtungen zu verbessern. Zusammen mit Materialise identifizierten er und sein Team die Aufleimschablone als perfekt geeignet für einen 3D-gedruckten Bestandteil der Produktionsanlage.

Hannes erklärt das so: „Häufig benötigen wir für Produktionshilfen eine schnelle Lösung, damit die Produktion nicht unterbrochen werden muss. Aus diesem Grund greifen wir häufig auf herkömmliche Fertigungsmethoden zurück, weil wir damit vertraut sind. Oft ist keine Zeit für Experimente, aber wenn wir die Möglichkeit haben, etwas Neues zu lernen, dann nutzen wir diese. Die neue Aufleimschablone wurde für Modelle entwickelt, die im Januar 2017 in Produktion gingen, weshalb wir etwas mehr Zeit für die Entwicklung hatten. Die alten Schablonen bestanden bereits aus einigen 3D-gedruckten Teilen und so hatten wir die Möglichkeit, die Vorteile der additiven Fertigung bei der vollkommenen Neukonstruktion eines Teils zu erleben.“

Weg mit dem Alten: schwer, fehleranfällig, kompliziert zu reparieren

Die früheren Vorrichtungen  bestanden aus einer geschweißten Konstruktion und waren ziemlich schwer. Die Vorrichtung lies sich nur schwer kalibrieren und hatte Toleranzen von bis zu +/-2 mm. Außerdemzerbrachen sie leicht, wenn sie herunterfielen, und hatten lange Vorlaufzeiten von 6 Wochen. Die Anforderungen an die neue Vorrichtung waren akkurate Ausrichtung, Wiederholbarkeit und dass sie die Lackierung nicht beschädigt. Darüber hinaus musste das Teil sowohl robust als auch leicht sein.

Hannes fährt fort: „Die wichtigste Eigenschaft war für uns Haltbarkeit. Eine Vorrichtung wie diese  muss einer ziemlich rauen Umgebung standhalten.“

Modulares Design: Klebevorrichtung mit 3D-Druck neu gestaltet

3D-printed jig for Volvo Car Gent

Mathieu Cornelis, Account Manager bei Materialise, erklärt den Prozess, mit dem Materialise die neue Konstruktion entwickelte: „Als wir die Klebevorrichtung auf ihr Potenzial für 3D-Druck hin untersuchten, stellten wir fest, dass sie ziemlich unhandlich war und nicht aus einem einzigen 3D-gedruckten Teil bestehen musste. Also nahmen wir leichte, verwindungssteife und weniger temperaturempfindliche Materialien unter die Lupe, die standardmäßig zur Verfügung stehen – um das Gestell ohne zusätzliches Gewicht schnell zu realisieren. Für die feineren Details der Vorrichtung nutzten wir dann additive Fertigung.“

Das Team entschied sich für standardmäßige Carbon-Rohre als besonders leichten Grundrahmen und entwickelte dann Verbindungspunkte, Auflagen und Puffer, die mit 3D-Druck gefertigt werden. Dank dieses modularen Ansatzes konnten unterschiedliche Technologien und Materialien mit ihren spezifischen Merkmalen eingesetzt werden. So wurden die Puffer beispielsweise mit TPU (Thermoplastisches Polyurethan) gedruckt, da dieses Material gummiartig und besonders haltbar ist. Dadurch konnte sichergestellt werden, dass die Vorrichtung auch einen Sturz übersteht.

Die Verbindungspunkte wurden mit PA-12 (einem Polyamid) gedruckt, das sich besonders für komplexe, ineinander greifende Teile eignet. Speziell entwickelte Leimkanäle, die nur mit 3D-Druck umgesetzt werden können, zwischen diesen Verbindungspunkten und den Carbon-Rohren sorgen für eine mechanische Passung und eine Klebeverbindung zwischen diesen Teilen.

Präzise Toleranzen, einfache Kalibrierung – und eine tolle Vorrichtung

Der alte, fehleranfällige Prozess der Kalibrierung der Vorrichtung auf einem separaten Kofferraum, dessen Abmessungen je nach Umgebungstemperatur variieren können, wurde durch eine spezielle Kalibrierungsvorrichtung ersetzt. Dank der einfachen Kalibrierung und einer wesentlich akkurateren Konstruktion der Vorrichtung selbst erzielt sie Toleranzen von unter 0,2 mm.

Es entstand eine Vorrichtung, die 48 % weniger kostet, um 64 % leichter ist und sehr schnell montiert werden kann. Sie nutzt die Eigenschaften der einzelnen Komponenten optimal und vereint die Klebevorrichtungen für alle möglichen Kombinationen in einer einzigen Vorrichtung. Aufgrund ihres modularen Aufbaus lässt sie sich leicht anpassen, kalibrieren und reparieren.

 

  Hannes weiter:

„Die Präzision der neuen Vorrichtung hat mich wirklich überrascht. Wir können jetzt viel geringere Toleranzen erreichen und gehen davon aus, dass Ausschuss und Nacharbeiten reduziert werden. Unsere Arbeiter am Band lieben sie. Die neue Vorrichtung lässt sich viel einfacher handhaben und ist wesentlich leichter. Sie müssen keine Angst mehr haben, dass sie beschädigt wird, und die Ergonomie wurde stark verbessert. Sie vermissen die alte Vorrichtung überhaupt nicht!

 

Am wichtigsten für uns war jedoch, dass das ganze Projekt eine Chance bot, Neues zu lernen. Wir denken jetzt „additiv“ und haben eine neue Möglichkeit zur Verbesserung unserer Produktionsanlage entdeckt. Nicht zuletzt sieht die neue Vorrichtung unglaublich cool und modern aus. Wenn ich Personen in der Produktionsanlage herumführe, bleibe ich immer an der Klebevorrichtung stehen, weil sie so gut aussieht. Das ist nur ein kleiner Punkt, aber er macht mich stolz auf meine Arbeit.“