Angekommen in der Automobilindustrie

Text: Thomas Masuch; Fotos: GKN / Thomas Masuch

GKN Additive bereitet am Innovation Center in Radevormwald die additive Serienproduktion für die Automobilindustrie vor. GKN, einer der weltweit größten Zulieferer, sieht ein großes wirtschaftliches Potenzial.

 

Nicht weit von den über 1.000 Grad heißen Sinteröfen und den schweren, mehrere Hundert Tonnen starken Metallpressen hat GKN in Radevormwald ein Zentrum für Additive Fertigung errichtet. Hinter einer Wand mit grün leuchtender Symbolik stehen in hellem Licht mehrere elegant designte Metall-Druck- Anlagen. Allein der optische Eindruck lässt erahnen, dass hier ein neues Zeitalter der Fertigung beginnt.

Mit dem Aufbau des Bereichs Additive Manufacturing (AM) im Innovation Center im Bergischen Land, nicht weit von Köln, verfolgt GKN einen ehrgeizigen Plan: »Unser Ziel ist die Serienfertigung für die Automobilindustrie«, erklärt Simon Höges, Director Advanced Technology Additive Manufacturing.

GKN, einer der weltweit größten Automobil- und Luftfahrt-Zulieferer, produziert mit Sintertechnologie 11 Millionen Teile am Tag. Die Zukunftspläne bedeuten auch, Additive Fertigung auf eine ganz neue industrielle Stufe zu stellen. Denn im Gegensatz zu anderen Branchen wie der Luftfahrt, wo durch Additive Fertigung meist auch ein Mehrwert durch Gewichtseinsparung erzielt wird, steht in der Automobilindustrie vor allem die Produktivität im Fokus. »Wir haben hier einen ganz anderen Kostendruck«, so Höges.

 

 

Wir haben hier einen ganz anderen Kostendruck.

 

AM eines der Kernthemen im Konzern

GKN startete bereits 2013 ein Business Development Projekt, bei dem es darum ging, wirtschaftlich sinnvolle Zukunftsthemen zu ermitteln und weiterzuentwickeln. »Neben der Elektromobilität ist Additive Manufacturing eines unserer Kernthemen«, so Höges, der am Fraunhofer ILT Aachen promoviert hat und seit 2014 im Innovation Center von GKN den Aufbau des Bereichs AM verantwortet.

Um die Additive Fertigung konzernweit voranzubringen, wurden alle additiven Aktivitäten bei GKN unter »GKN Additive« zusammengefasst. Dieser Bereich umfasst inzwischen 100 Mitarbeiter und erscheint in der Außendarstellung gleichberechtigt neben den Divisionen »Aerospace«, »Driveline« und »Powder Metallurgy«.

 

 

Da GKN eine seiner Kernkompetenzen im Bereich Pulvermetallurgie hat, konzentriert sich der Konzern auch in der Additiven Fertigung auf Metall. Als einer der weltweit größten Pulverhersteller ergeben sich hier zusätzliche Vorteile. Mit den etablierten Fertigungsmethoden PM (Pulvermetallurgie) und MIM (Metallpulver- Spritzguss) produziert GKN in der Regel Stückzahlen, die bei rund 100.000 starten und nach oben nicht begrenzt sind.

Mit Additive Manufacturing will GKN nun auch die Losgrößen unter 10.000 bedienen. »Hier haben wir bisher viele Projekte absagen müssen, da sie nicht zu unseren Produktionsmöglichkeiten passten. Hier sehen wir durch die Einbindung von AM in unsere Produktion einen großen Bedarf«, berichtet Höges. Insgesamt ermögliche AM »den gesamten Lifecycle eines Produkts besser bedienen zu können.« (Siehe Grafik unten).

PARTNER IM BETA-PROGRAMM

Eine Herausforderung bei der Entwicklung der Additiven Serienfertigung war zuerst, die passenden Maschinen zu finden. »Viele Anlagen waren auf Prototypen-Fertigung ausgelegt und erschienen uns nicht geeignet«, berichtet Höges. Gesucht wurde »eine Werkzeugmaschine«, die man schließlich bei Additive Industries fand. Der junge niederländische Maschinen-Hersteller überzeugte Höges »mit seiner Vision und gleichzeitig dem Maschinenkonzept für die Serienfertigung «. Und so stieg GKN als einer der ersten Kunden als Entwicklungspartner ins Beta- Programm von Additive Industries mit ein.

Im Oktober 2016 wurde die MetalFab1 von Additive Industries in Radevormwald angeliefert. Seitdem forscht Höges mit seinem Entwicklungsteam daran, reproduzierbar eine hohe Qualität und Dichte der Bauteile zu erreichen. Von zahlreichen Testreihen wurden im Labor in Radevormwald die Mikrostrukturen untersucht. Daraus ergaben sich teilweise Verbesserungen an der Hardware der Maschine, die in monatlichen Meetings mit Additive Industries regelmäßig erörtert wurden.

VOM EXPERTEN- ZUM BEDIENERMODUS

Die Beta-Testphase endete im Dezember 2017, bis dahin wurden auch schon mehrere Bauteile gefertigt und ausgeliefert. »Allerdings erforderte das noch ein recht hohes technisches Know-how bei der Bedienung«, berichtet Höges. Bevor die MetalFab1 in der ersten Jahreshälfte 2018 an ihren endgültigen Produktionsstandort am im Werk Bonn umzieht, soll dieser »Expertenmodus« noch in einen einfacheren »Bedienermodus« umgewandelt werden.

Neben der MetalFab1 verfügt GKN in Radevormwald über weitere Laserschmelzanlagen (u. a. von EOS und Renishaw). Diese dienen als Produktionsmaschinen sowie als Benchmark für die Entwicklung der MetalFab1. Insbesondere am Produktionsstandort Bonn wird sich der Maschinenpark in Zukunft wohl auch noch vergrößern«, vermutet Höges.

Mit diesen Anlagen für Laserstrahlschmelzen (SLM) will GKN in der Produktionskette die geringeren Stückzahlen für kleine und komplexe High-End-Teile bedienen. Höhere Stückzahlen im Bereich von einigen Tausend will GKN künftig mit der Binder-Jetting-Technologie produzieren. Diese Methode kommt dem bereits seit Jahrzehnten bewährten MIM-Verfahren relativ nahe, hier kann GKN von seinem großen Erfahrungsschatz im Sinterprozess profitieren. Die damit hergestellten Teile weisen eine geringere relative Dichte auf als SLM-Teile, dennoch sieht Höges ergänzend zur Pulvermetallurgie und MIM eine Vielzahl von Anwendungen im Automobilbereich.

FORSCHUNG: EFFIZIENZ IN DER PRODUKTION WEITER STEIGERN

Um den Erfolg der Additiven Verfahren bei GKN in Zukunft weiter zu vergrößern, kümmern sich Höges und seine Kollegen in Radevormwald um zahlreiche weitere Entwicklungen. Zum einen soll die Effizienz in der Produktion weiter verbessert werden. Dazu zählen Bauteildesigns, die die Nacharbeit auf ein Minimum reduzieren oder die automatisierte Entfernung von Stützstrukturen.

Weitere Forschungen sind die Qualifizierung weiterer Werkstoffe, wie zum Beispiel Kupfer, sowie hybride Bauweisen. Dabei werden additive und pulvermetallurgische Fertigungsverfahren, wie z. B. das axiale Pressen von Pulver, intelligent kombiniert, um die Produktivität der Verfahren zu steigern. Getestet wird dies derzeit bei Getriebezahnrädern, bei denen das additive Innenleben die Geräuschentwicklung deutlich reduziert.

Dass diese und andere additive Entwicklungen in Zukunft auch deutlich zum geschäftlichen Erfolg des GKN-Konzerns beitragen, zeichnet sich für Höges derzeit schon ab: »Wir arbeiten auch bei diesen Zukunftsthemen eng mit unseren Kunden und Partnern zusammen und das Feedback ist sehr vielversprechend.«