Man stelle sich vor, die Autoteile kommen nicht mehr aus der Metallpresse, sondern aus dem 3-D-Drucker. Tatsächlich ist das schon lange Realität: BMW und Volkswagen etwa nutzen den 3-D-Druck schon gut 25 Jahre für den Bau von Prototypen und bei Spezialwerkzeugen für die Automontage. Das Verfahren dazu heißt Laserschmelzen. Dabei wird Metallpulver mittels eines Lasers aufgeschmolzen, das erstarrte Material wird fest, dann folgt die nächste Pulverschicht. Doch nun soll der 3-D-Druck für den Bau von Autoteilen revolutioniert werden. Dafür haben sich drei Industriegiganten zusammengetan.

Der Drucker Metal Jet stammt vom amerikanischen Marktführer HP, das dafür notwendige Metallpulver stellt GKN her und produziert die Teile. GKN, ebenfalls ein amerikanisches Unternehmen, ist der weltweit größte Konzern in der Herstellung von Pulvermetall und daraus gefertigten Bauteilen. Volkswagen, global größter Autoproduzent, ist Kunde von beiden. Die Firmen kooperieren in der Entwicklung und Einführung der neuen Drucktechnologie, die den metallischen 3-D-Druck im Vergleich zum herkömmlichen 3-D-Druck 50-mal schneller machen und die Produktivität um denselben Faktor erhöhen soll.

"Das neue 3-D-Druckverfahren von HP ist viel schneller, wesentlich produktiver – und damit erstmals auch für größere Stückzahlen wirtschaftlich", sagt Christian Borowetz, Abteilungsleiter für Fertigungstechnologien bei Volkswagen in Wolfsburg. VW druckte bislang Sonderteile für Spezialfahrzeuge in geringen Mengen nach dem herkömmlichen Verfahren, zum Beispiel Halterungen in Polizeifahrzeugen für die Kelle.

Das Metal-Jet-Verfahren wird von VW nun erstmals für den Druck von Serienteilen eingesetzt werden. Die Technologie ähnelt dem Tintenstrahldruck: Schicht um Schicht werden abwechselnd Metallpulver und Binder auf eine Bauplatte aufgetragen. Wenn das Teil aufgebaut ist, wird es gesintert, das heißt im Ofen gebacken. Dort wird das Bindematerial aus- und gleichzeitig die Metallteile verschmolzen. Nach dem Abkühlen kann es bearbeitet werden. Die ersten Metallteile, die mit dem neuartigen Drucker hergestellt werden können, sind unterschiedliche Edelstähle.

Die Vorteile des Verfahrens liegen in den Gestaltungsmöglichkeiten der Formgebung. So lassen sich gebogene Löcher für Kühlkanäle im Zylinderkopf drucken, indem sie in der Herstellung ausgespart werden und sogar ganze Bauteile wie eine kleine, aber komplexe Wasserpumpe zur Kühlung von Elektromotoren. Hinzu kommt, dass nicht erst aufwendig Werkzeuge etwa zum Pressen von Bauteilen entwickelt und hergestellt werden müssen, denn das dauert lange und kostet Millionen. Gedruckt werden kann ohne Form, wie auch schon beim 3-D-Druck von Kunststoffteilen. Laut HP soll der Metal Jet rund 400.000 Euro kosten. Ob das Unternehmen das bekannte Geschäftsmodell von Officedruckern auf den Metalldrucker übertragen will – günstig das Gerät, teuer die Kartuschen – will das Unternehmen aber nicht sagen. Letztendlich stehen die Kosten dieser additiven Fertigung im Wettbewerb zu klassischen Verfahren.

Entscheidend sind am Ende die Stückzahlen, um die es geht. "Für die Massenproduktion sind heutige Verfahren günstiger, in Kleinserien bis etwa 50.000 Stück macht die neue Technologie die Herstellung mit dem neuen 3-D-Druck preiswerter", sagt Guido Degen, Vizepräsident bei GKN Powder Metallurgy in Bonn. Metallpulver stellt die Firma aus Metallschrott her. Der wird geschmolzen, dann zu Pulver verdüst. Für den neuartigen 3-D-Druck muss das Pulver feiner sein als für konventionelle Pressverfahren. Degen geht davon aus, dass künftig etwa zehn Prozent aller Bauteile an einem Auto für kleine und mittlere Serien gedruckt werden.

Neben der flexibleren Produktion ohne Werkzeuge und dem Kostenvorteil daraus ist die Kombination aus Materialeigenschaften und Geometrien der zweite große Vorteil des neuen 3-D-Drucks. "Höchstfeste Stähle lassen sich nicht in jede Form bringen, aber drucken kann man sie. So erreichen wir optimierte Materialeigenschaften mit höheren Festigkeiten", sagt Borowetz. In Elektrofahrzeugen gebe es für solche Bauteile deutlich mehr Einsatzfälle. "Etwa in der Bodengruppe, wo hohe Massenkräfte herrschen durch die schweren Batterien." Hochfeste Stähle mit komplexen Geometrien geben dem Ganzen Halt.

Schon in eineinhalb Jahren will VW tischtennisballgroße Metallzierteile in Kleinserien drucken, etwa Schriftzüge für die Heckklappe. In fünf bis sechs Jahren sollen es tennisballgroße Bauteile wie der Schaltknauf sein. Und in zehn Jahren will VW komplexe Strukturbauteile in Stückzahlen von bis zu 100.000  drucken. Diese sollen dann Fußballgröße haben.

BMW hat nach eigenen Angaben als erster Automobilhersteller das Laserschmelzen in einer Serienproduktion von mehreren 1.000 Stück eingesetzt. Das Bauteil aus dem 3-D-Drucker wird im i8 Roadster als Halterung der Abdeckung des Verdecks genutzt. Der Sportwagen mit Hybridantrieb ist seit Mai auf dem Markt. Die Halterung besteht aus einer Aluminiumlegierung. "Die an bionische Strukturen angelehnte Geometrie des Bauteils ist im Vergleich zu üblicherweise eingesetzten Kunststoffspritzgussteilen viel leichter, aber deutlich steifer", sagt Dr. Jens Ertel, Leiter für Additive Manufacturing bei BMW. Aus seiner Sicht stellen additive Technologien eine der wesentlichen Produktionsmethoden der Zukunft dar.

Es gibt aber ein Problem: die Länge der Teile.

Die Halterung von BMW ist etwa ein Drittel so lang wie der Metal Jet von HP Bauteile maximal drucken kann. Der Druckraum des Geräts hat eine Größe von 430 x 320 x 200 Millimeter.

Degen von GKN geht davon aus, dass die Drucker und dadurch die druckbaren Teile größer werden. Er schätzt sie auf maximal einen Meter. Ein ganzes Auto wird daher wohl nicht gedruckt werden können.