Leipzig/Saarbrücken. Ein abgebrochener Kunststoffhebel, ein poröser Schalter oder das ausgenudelte Zahnrad für den Scheibenwischermotor: Manche Ersatzteile gibt es weder für Geld noch für gute Worte. Da hilft nur eine Einzelanfertigung. Doch Bauteile in geringer Stückzahl sind meist teuer. Damit sie entstehen können, muss unter Umständen extra ein Werkzeug angefertigt werden.

Anders verhält es sich bei Teilen aus 3D-Druckern oder aus direkten Metall-Lasersintern (DMLS), die auch als additive Verfahren bezeichnet werden. “Gedruckte Teile rentieren sich bei kleinen Stückzahlen oder auch einem Einzelstück, da keine teuren Initialkosten für das Werkzeug entstehen”, erklärt Philip Kalaydjiev, der in Leipzig ein Start-up für Autoteiledruck gegründet hat.

3D-Drucker haben Schwierigkeiten mit Hybridkomponenten

“In der Regel schicken uns Kunden ein altes Ersatzteil, häufig ein defektes, verschlissenes oder spiegelverkehrtes, und wir erstellen einen digitalen 3D-Scan für den späteren Druck”, erklärt Kalaydjiev. Kunden seien zum einen Oldtimersammler und Hobbyschrauber, aber auch professionelle Werkstätten und Händler, die Ersatzteile in größerer Stückzahl anfertigen lassen.

Teile lassen sich aus Gummi, Kunststoff, Werkzeugstahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen drucken. “Ersatzteile aus einem Werkstoff sind gut zu drucken, auch Hülsen oder Gewinde lassen sich anschließend in den Werkstoff schneiden. Bei Hybridkomponenten aus verschiedenen Werkstoffen gelangt ein Drucker aber an seine Grenzen, alles ist noch nicht produzierbar”, sagt Kalaydjiev. Die Festigkeit lasse sich durch Schichtdicke und Materialgüte steuern, damit das Ergebnis gleichwertig mit Teilen aus konventionellen Fertigungsverfahren ist.

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Kalaydjiev: “Die bezahlbaren Drucker im Consumer-Bereich liefern keine gute Ersatzteilqualität”

Der Preis pro Werkstück richtet sich nach der Geometrie des Bauteils und dem Volumen. “Je komplexer ein Teil ist, umso aufwändiger ist die Erstellung des 3D-Modells. Je dicker das Teil ist, je mehr Werkstoff wird aufgetragen und der Druck dauert dementsprechend länger”, sagt Kalaydjiev. Ein kleines Zahnrädchen der Tachowelle eines historischen Opel Kadetts koste beispielsweise 20 Euro, und eine Stunde Digitalisierung kostet zwischen 40 und 80 Euro.

Sich für den Privatgebrauch Equipment zum Scannen und 3D-Drucken anzuschaffen, lohnt sich in den Augen von Kalaydjiev nicht. “Die bezahlbaren Drucker im Consumer-Bereich liefern keine gute Ersatzteilqualität. Für den kleinen Clip einer Türpappe mag das funktionieren, aber nicht für Teile, die starker Belastung und Reibung ausgesetzt sind”, meint er.

3D-Druck erspart jahrzehntelange Lagerung von Ersatzteilen

Dirk Bähre, Fertigungstechnikprofessor an der Universität des Saarlandes, sieht bei additiven Verfahren auch Vorteile bei Lagerhaltung und -kosten: Ersatzteile müssten nicht mehr jahrzehntelang vorgehalten werden. Zudem würden Teile wie Dichtungen mit den Jahren porös, spröde und rissig. “Erst wenn das Teil tatsächlich gebraucht wird, wird es gedruckt, ist damit immer neu”, sagt Bähre. Das funktioniere schnell und je nach Druckerstandorten auch weltweit.

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Gedruckte Teile eigneten sich gut für geometrisch komplexe Teile mit Radien, Gittern oder Löchern, meint Prof. Bähre. “Bei sehr präzisen Bauteilen wie im Antriebsstrang stoßen Drucke an ihre Grenzen. An tragenden und sicherheitsrelevanten Stellen dürfen gedruckte Teile nicht verwendet werden”, erklärt er. Es sei denn, Hersteller haben diese Produktionsform klassifiziert und freigegeben.

Im Hobby- und Privatbereich hält Prof. Bähre 3D-Kunststoffdruck aber durchaus für interessant. “Damit lassen sich kleine Gegenstände, Verzierungen oder Reparaturausbesserungen drucken, die nicht sicherheitsrelevant sind”, sagt der Experte.

BMW eröffnet Campus für 3D-Druck

Hersteller wie BMW, Bugatti, Mini, McLaren, Porsche oder Seat setzen schon bei Neuwagen auf Bauteile aus dem 3D-Drucker. Porsche stellt so etwa Kolben für den 911 GT 2 RS her, Bugatti eine Auspuffblende für den Supersportwagen Chiron. Und BMW hat kürzlich einen Campus für das Druckverfahren eröffnet und 15 Millionen Euro investiert.

Auch Jan Dannenberg von der Beratungsfirma Berylls Strategy Advisors sieht bei der 3D-Druck-Fertigung mehrere Vorteile: “Komponenten bis etwa 500 Stück entstehen im 3D-Druck-Verfahren wirtschaftlich, da dafür keine eigenen Formen oder Werkzeuge hergestellt werden müssen. Erst bei einer höheren Stückzahl besitzen herkömmliche Verfahren wie Spritzguss- oder Aluminiumgussverfahren einen Kostenvorteil.”

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3D-Druck wird bei Prototypen verwendet

Häufig werden gedruckte Teile deshalb bei Prototypen, Kleinserien und als Baumuster verwendet oder zur Individualisierung, erklärt Dannenberg. Außerdem lassen sich verschiedene Geometrien und Funktionen integrieren, die eine hohe Stabilität auf kleinem Raum und damit eine hohe Last bei geringem Materialeinsatz bieten.

Doch gedruckte Teile haben auch Nachteile. Neben hohen Kosten bei großen Stückzahlen sind es Einschränkungen bei Größe, Druckzeit und Qualität. Derzeit werden Druckteile meist in nicht sichtbaren Bereichen verwendet, oder die Druckoberfläche wird veredelt beziehungsweise mit einer Folie überzogen.

Faserverbundstoffe lassen sich nicht drucken

“Das Problem liegt in der Stabilität und der Temperatur”, erklärt Dannenberg. “Beim laserbasierten 3D-Druckverfahren muss das Rohmaterial während der Fertigung eine gleichbleibende Temperatur aufweisen, damit das verwendete Metall- oder Kunststoffpulver beim Schmelzen eine gleichmäßige, feste Struktur erhält.” Das sei bei größeren Teilen mit mehr als ungefähr einem Meter Länge, Breite oder Höhe derzeit nicht möglich. Und manche Materialien wie Faserverbundstoffe ließen sich einfach nicht drucken.

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Erst die nächste Generation von 3D-Druckern wird nach Meinung von Jan Dannenberg in der Lage sein, schneller und bei hohen Stückzahlen wirtschaftlicher zu drucken. Heute arbeiten bis zu zwei Laser in einem Drucker, künftig werden es über 100 Laser sein, so der Experte. “Wenn sich in den nächsten Jahren die Wirtschaftlichkeit erhöht, werden auch Bauteile mit einer Stückzahl von mehreren Zehntausend produziert werden.” Dann wird die heute noch exotische Produktion zum Standard werden. Nicht nur für einen alten, abgebrochenen Innenspiegel oder einen verblichenen Schalter.

RND/dpa