11.05.2015

Das erste Auto aus dem 3D-Drucker macht Amerikas Straßen unsicher

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Wie sieht das Auto der Zukunft wohl aus?

Nachdem Autos bereits selbst fahren können, werden sie nun auch noch ausgedruckt. Denn in den USA fährt nun das weltweit erste Auto, das nicht in einer herkömmlichen Autofabrik hergestellt, sondern in einem 3-D-Verfahren entwickelt wurde. Gehört das VW-Werk in Wolfsburg bald der Vergangenheit an?

Das schwarze Gebilde lässt schon die Form eines zweisitzigen Buggys erahnen. Es steht in einem wannenförmigen Gerät von der Größe eines Schiffscontainers. Der Kopf eines 3-D-Druckers trägt im Stil einer Heißluftpistole die nächste der 212 Schichten eines Kunststoffs auf, der ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) heißt und sich nach seiner Abkühlung verhärtet. Es ist der gleiche Stoff, aus dem auch Lego-Steine bestehen. 44 Stunden dauert es, dann hat der 3-D-Drucker die tragende Struktur des Autos fertiggestellt. Weitere 24 Stunden vergehen, bis eine computergesteuerte Fünf-Achsen-Fräsmaschine die geriffelte Oberfläche glatt geschliffen hat-und es an die Montage der Mechanik gehen kann.

Was wie der erste Schritt in eine revolutionär neue Ära der Automobilproduktion anmutet, zeigt das aus Chandler (im US-Staat Arizona) stammende Startup-Unternehmen Local Motors. Local-Motors-Chef John B. “Jay” Rogers, ein Harvard-Absolvent, hat geradezu umstürzlerische Visionen. Was Tesla und dem Chef Elon Musk bei der Popularisierung des Elektroautos gelingt, schwebt dem ehemaligen US-Marine nun für die Automobilfertigung vor.

Das Ziel ist, Autoteile einfach und schnell auszudrucken, überschüssiges Material zu vermeiden, Transportkosten zu minimieren und mit schnellen Designänderungen neuen Kundenwünschen sofort nachzukommen. “Die drei kritischen Stellgrößen der Autobauer sind die vielen Einzelteile, das Gewicht und die Kosten für die Werkzeugfertigung”, sagt Rogers. Der neue Prozess drücke die drei Kostentreiber und eröffne andere spannende Perspektiven.

Zum Beispiel das Ende der Mega-Autofabriken. “Die Welt braucht keine weiteren Detroits”, tönte Rogers bei der Premiere des treffenderweise “Strati” (italienisch für “Schichten”)getauften Schichtmodells vor einigen Wochen. Vier, fünf Jahre Entwicklungszeit werde es künftig nicht mehr geben, sagt er voraus. Stattdessen könne man ein neues Auto in vier Monaten designen, entwickeln und mithilfe von 3-D-Drucktechniken auch bauen. In Mikrofabriken sowie in maximal 10.000 bis 15.000 Einheiten pro Jahr. Im Design orientiert an dem, was gerade Trend ist. “Denn unsere Modelle sind organisch, sie wachsen aus Zellstrukturen wie ein Knochen”,sagt Rogers. Und sie bestünden nur noch aus einem Bruchteil von Einzelteilen-49 sind es beim Strati, statt 5000 bis 6000 bei heute gängigen Fahrzeugen.

Zu den Kernprinzipien von Local Motors gehört der Einsatz von Techniken wie Open Source und Crowdfunding. Vorschläge für das Design und die Technik der Fahrzeuge werden komplett von einer Onlinecommunity mit aktuell über 40.000 Mitgliedern erstellt, gesammelt und per Abstimmung ausgewählt. Auch der Strati ging als Sieger aus einem Internetdesignwettbewerb hervor. Der Entwurf des Turiners Michele Anoè gefiel durch die vergleichsweise leicht zu druckende Form und das abnehmbare Dach. Mit dem 3-D-Drucker entstanden das Chassis und alle Interieurteile inklusive der Sitze. Die Batterie, den E-Motor, den Kabelbaum, Aufhängungen und Beleuchtungen entnahmen die Amerikaner dagegen dem Baukasten des französischen Renault Twizy. Die Teile aus dem elektrisch angetriebenen Zweisitzer wurden medienwirksam während einer Fachmesse in Chicago eingebaut, ehe der Strati vor Publikum aus eigener Kraft ins Freie surrte.

Die Palette der heutigen Druckverfahren ist extrem breit, doch ein Prinzip eint sie alle: Sie bauen dreidimensionale Gegenstände aus digitalen Druckvorlagen akkurat Schicht für Schicht auf, statt einen Rohling bis zur gewünschten Form abzutragen. Anders als beim Schneiden, Drehen oder Bohren fällt somit auch kein Abfall oder Verschnitt an. Darüber hinaus sind komplexe Formen darstellbar, bei denen eine existierende Maschine schnell an ihre Grenzen kommen würde.

Die 3-D-Technik hat bereits in zahlreichen Sparten Anwendung gefunden und ist in der Medizintechnik, der Luft-und Raumfahrtindustrie sowie der Architektur unverzichtbar geworden. Das neue Triebwerk “Leap” (für “Entwicklungssprung) von General Electric soll ab 2016 unter anderem den Airbus A320neo in die Lüfte heben. In der Welt des Automobils ist es überraschenderweise die Oldtimerszene, die schon jetzt von der neuen Technologie profitiert. Jay Leno, amerikanischer Entertainer und leidenschaftlicher Auto- und Motorradsammler, frohlockt: “Solange noch CAD-Daten oder eine scanbare Vorlage zur Verfügung stehen, lässt sich so gut wie alles reproduzieren. Kleine Teile wie einen Türgriff kann ich in fünf Stunden herstellen, ein großes Teil wie den nach über 100 Jahren porös gewordenen Wasservorwärmer für meinen White-Dampfwagen von 1907 in 33 Stunden.” Die Kosten seien überschaubar: 2995 US-$für den Scanner, unter 15.000$ für den Drucker. Eine Massenproduktion sei noch nicht möglich, “aber du brauchst nun nicht mehr für jedes kleine Ersatzteil bei Ebay zu schauen”, scherzt Leno.

Doch was den Oldie-Freund so freut, ist auch mit zu siebenstelligen Preisen angebotenen Topdruckern noch nicht 1:1 auf Großserienmodelle übertragbar. Laut Nikolai Zaepernick, Bereichsleiter Strategie und Geschäftsfeldentwicklung bei EOS in Krailling bei München, werde es – wenn überhaupt – noch einige Jahre dauern, bis ganze Autos gedruckt werden können. “Die Größe der druckbaren Teile wird zwar in den nächsten Jahren stetig wachsen, dennoch wird man nicht zwangsläufig für jede Komponente, die heute in großen Stückzahlen konventionell und wirtschaftlich gefertigt wird, auf additive Verfahren umsteigen”, sagt Zaepernick. Besonders die in der Autoindustrie so wichtigen Stückkosten seien ein Bremsklotz. Schnell interessant werde es jedoch im Luxussegment, bei Oldtimern, Tuningfahrzeugen oder in der Formel 1, in Bereichen also, in denen schon heute fast alle Teams die neue Technik für hoch belastete Teile einsetzten. Bis zum dreidimensional gespritzten Serienprodukt ist es noch ein sehr weiter Weg, glaubt auch Simon Reader, bei Mahle Powertrain in Northampton als Entwicklungschef tätig. Der Manager sagt: “Wenn es um 100.000 identische Teile geht, hat ein permanentes Werkzeug weiterhin Kostenvorteile.” Perry Hubbing von RedEye, einer Tochterfirma von 3-D-Pionier Stratasys, rechnet mit einer Zeitspanne von nur fünf bis zehn Jahren, “ehe wir Teile in solch großen Mengen fertigen können”.

Glaubt man diesen Experten, wird es also wohl eher nicht zu jenem Szenario kommen, das die Managementberatung Barkawi schon apokalyptisch prophezeite. Ihr zufolge könnten in 20 Jahren VW-Modelle in weltweit 100 Designbüros entwickelt und in zehntausend 3-D-Schnelldruckerstationen kundennah gebaut werden – das Volkswagen-Werk in Wolfsburg könne man dann getrost als Museum nutzen.

Zu jenen Visionären, die sich dennoch lieber heute als morgen vom Status quo verabschieden würden, gehört Jim Kor. Der Ingenieur und Tüftler aus dem kanadischen Winnipeg hat schon 2011 die Karosserie seines dreirädrigen Kleinwagens “Urbee” mit einem Drucker hergestellt. Gelenkt wird das auf einem konventionellen Rohrrahmen aufbauende Modell vom einzigen Hinterrad, zwei E-Motoren treiben die beiden Vorderräder an, ein mit Ethanol gefütterter Rasenmähermotor dient als Reichweitenverlängerer. Der Zweisitzer glänzt mit einem besonders niedrigen Luftwiderstandsbeiwert (c w-Wert) von 0,15-Resultat der Tropfenform samt Kammheck.

2500 Stunden brauchte eine ganze Reihe von 3-D-Druckern, um die Karosse in Schichten von je sechs Millimetern Dicke auszuspucken. Das höre sich zwar lang an, doch könne man so bis zu zehn Monate Entwicklungszeit einsparen, behauptet Kor beschwichtigend. Der Kanadier ist davon überzeugt, dass sich die Technologie und die Art, wie wir heute Autos bauen, definitiv verändern werden. “Nicht alles wird man in 3-D drucken, doch einen großen Teil eines Autos”, prophezeit er. “Eines Tages wird es möglich sein, Teile in einem Arbeitsgang zu drucken und zu lackieren.” Das Nachfolgemodell des Urbee, das nur 600 Kilo wiegt und 0,8 Liter/100 km verbraucht, will Kor bereits zu über 60 Prozent drucken lassen, zum Beispiel auch die bislang noch gläsernen Fenster. “Und wir planen, die Einzelteile auf nur noch 30 Stück zu reduzieren.”

Während Kor für eine mögliche Kleinserie seines Modells erst noch finanzkräftige Partner brauchen würde, hat Local Motors schon konkrete Verkaufsziele. Jay Rogers will die Bauzeit des Strati erst einmal auf 24 und dann noch weiter auf nur zehn Stunden drücken. Ab 2016 soll der Zweisitzer dann zu Preisen zwischen 18.000 und 30.000$ in den Handel kommen. Beim Elektroantrieb wird es auch künftig bleiben. Dieser könnte – und da würden sich zwei mit dem gleichen Pioniergeist treffen – von Tesla-Chef Musk kommen.

© Local Motors

© Local Motors

Wie sieht das Auto der Zukunft wohl aus?

Copyright: Local Motors

Quelle: Wirtschaftsblatt

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Die Verwendung von Kohlefaser in der Industrie hat in den letzten Jahren stark zugenommen – insbesondere in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau und der Windenergie. Kohlefaser überzeugt durch ihre hohe Festigkeit bei geringem Gewicht, doch ihre Herstellung ist ressourcenintensiv und teuer. Ein großes Problem stellt der hohe Verschnitt bei der Produktion dar: In der Industrie landen im Durschnitt bis zu 30 Prozent der Rohstoffe im Abfall. Diese Materialverluste sind nicht nur ökonomisch ineffizient, sondern auch aus ökologischer Sicht problematisch, da Kohlefaser biologisch nur schwer abbaubar ist.

Carbon Cleanup setzt auf KI

Das 2020 gegründete Linzer Startup Carbon Cleanup rund um Gründer Jörg Radanitsch hat sich diesem Problem angenommen und zum Ziel gesetzt, Kohlenstofffasern aus Industrieabfällen aufzubereiten und wiederverwendbar zu machen. Konkret hat das Startup eine mobile Aufbereitungsanlage entwickelt, um Carbonfasern direkt vor Ort beim Kunden aufzubereiten. 

Zum Herzstück der Anlage gehört nicht nur die mechanische Aufbereitung der Kohlenstofffasern. Im Hintergrund läuft auch eine Software, die eine KI-gestützte visuelle Erkennung der zugeführten Rohstoffe ermöglicht.

“Wir haben ein KI-generiertes Datenblatt entwickelt, das automatisch die Charakteristika von eingehendem Material erkennt und den Wert des Rezyklats bestimmt“, so Radanitsch. “Bevor das Material in unsere Anlage kommt, wissen wir schon, welche mechanischen Eigenschaften es haben wird. Das ist entscheidend für die Qualität und den Marktwert des Endprodukts.”

Gründer Jörg Radanitsch | (c) Carbon Cleanup

Entwicklung der zweiten Generation an Anlagen

Während die erste Anlage des Unternehmens für R&D-Zwecke dient und über eine Kapazität von 30 Tonnen pro Jahr verfügt, konnte das Unternehmen über den Sommer eine zweite Anlage in Betrieb nehmen. „Unsere zweite Anlagengeneration ist im August fertiggestellt worden. Die Produktionskapazität ist dreimal so hoch wie bei unserer ersten Anlage. Damit sind wir jetzt in der Lage, deutlich mehr und auch verschiedene Kompositabfälle zu verarbeiten.“

Besonders stolz ist Radanitsch auf die gestiegene Materialqualität: „Das neue Aggregat ist viel stärker, was uns mehr Flexibilität bei der Verarbeitung der Materialien gibt. Wir können jetzt eine Vielzahl an Abfällen effizienter recyceln, was die Qualität der Produkte erheblich verbessert.“

Ein wichtiger Baustein für den Erfolg von Carbon Cleanup war die Unterstützung durch die Austria Wirtschaftsservice (aws). “Das Seed-Financing der Austria Wirtschaftsservice hat uns erlaubt, nicht nur unsere Forschung und Entwicklung voranzutreiben, sondern auch in Marketingaktivitäten zu investieren, die für uns als Hardware-Startup besonders wichtig sind“, erklärt Radanitsch.

Luftfahrtindustrie und Kooperation mit KTM Technologies

Eine der spannendsten Entwicklungen bei Carbon Cleanup ist der Einsatz ihrer recycelten Materialien im 3D-Druck, besonders in der Luftfahrtindustrie. “Wir liefern im Tonnenmaßstab Kunststoffgranulate, die mit unserer Rezyklatfaser verstärkt sind. Diese werden in großen 3D-Druckern verwendet, um Formen zu bauen, die dann für die Produktion von Flugzeugteilen genutzt werden”, so der Gründer.

Zudem arbeitet Carbon Cleanup mit dem österreichischen Motorradhersteller KTM zusammen. Gemeinsam arbeiten beide Unternehmen an einem geschlossenen Materialkreislauf, bei dem Post-Consumer- und Post-Industrial-Abfälle von KTM Technologies recycelt und für die Herstellung neuer Bauteile genutzt werden. Spezifisch handelt es sich um das Recycling der Teile des Rennmodells “X-Bow GT2”, dessen Rahmen zu 100 % aus Carbonfasern besteht. Durch Unfälle entsteht eine große Menge an beschädigtem Material, das normalerweise als Abfall betrachtet wird. Mit der Partnerschaft von KTM und Carbon Cleanup wird dieses Material zurück in den Kreislauf gebracht. 

(c) Carbon Cleanup

“KTM Technologies war von Anfang an ein Vorreiter. Sie testen unsere recycelten Materialien bereits erfolgreich in ihren Motorrädern“, betont Radanitsch.

Das Besondere an dieser Kooperation ist das sogenannte Closed-Loop-Material, das zu 100 Prozent aus dem Abfallstrom von KTM Technologies besteht. „Die Herausforderung ist, die Materialien zirkulär zu sammeln und in die Produktion zurückzuführen. Das Sammeln und die Qualität sind dabei entscheidend. Aber wir haben gezeigt, dass wir sogar leistungsfähigere Materialien aus Abfall herstellen können”, so der Gründer.

(c) Carbon Cleanup

Die nächsten Schritte von Carbon Cleanup

Das Geschäftsmodell von Carbon Cleanup basiert derzeit auf zwei Einnahmequellen: Zum einen bietet das Unternehmen Kunden einen Recycling-Service an, bei dem diese für die umweltgerechte Entsorgung des Materials bezahlen. Dafür wurde eine eigene Logistikstruktur aufgebaut. Zum anderen werden die Faserverbundkunststoffe an weitere Abnehmer verkauft. Derzeit liefert das Startup 98 Prozent der aufbereiteten Granulate ins Ausland. “Für eingehendes Material sind die Hauptmärkte neben Österreich vor allem Deutschland und Italien. Der Materialzufluss ist für uns derzeit jedoch kein Engpass, sodass wir gezielt das für uns passende Material auswählen können”, so der Gründer abschließend.


*Disclaimer: Das Startup-Porträt erscheint in Kooperation mit Austria Wirtschaftsservice (aws)

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