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Ford: Effiziente Fertigung neu interpretiert – dank 3D-Druck

Automobil / LuftfahrtProduktionshilfsmittel

Seit seiner Gründung im Jahr 1914 hat Ford die Innovation im Automobilbau vorangetrieben. Von der bahnbrechenden Erfindung des Fließbandes vor 115 Jahren – auch bekannt als Fordismus – bis hin zur heutigen Nutzung der additiven Fertigung denkt Ford immer zukunftsorientiert, um die Fahrzeugherstellung durch erhöhte Produktivität, Ergonomie und verbesserte Qualitätskontrolle zu beschleunigen.

Während viele Unternehmen erst beginnen, die Möglichkeiten der additiven Fertigung auszuloten, ist Ford wieder einmal einen Schritt voraus, um seine Fahrzeuge schneller vom Band rollen zu lassen.

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Das Ford-Werk in Köln ist Vorreiter bei der Entwicklung jedes neuen Fahrzeugdesigns, bevor es in die Serienproduktion geht. Sie verfügen über eine komplette Kleinserienfertigung, die Autos bis zu mehreren Jahren vor der eigentlichen Produktion entwickelt. Lars Bognar, Forschungsingenieur im Ford Research & Advanced Engineering Team in Aachen, hat an einem optimierten Arbeitsablauf zur Erstellung von Vorrichtungen, Werkzeugen und Befestigungen für den Fertigungsprozess bei Ford gearbeitet.

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Individuelle 3D-gedruckte Werkzeuge, die in der Pilotanlage verwendet werden

Übernahme der 3D-Druck-Technologie

Die Angestellten bei Ford setzen bei der Fahrzeugproduktion maßgeschneiderte Werkzeuge ein. Diese sind oft für nur eine bestimmte Aufgabe und ein bestimmtes Modell konzipiert. Die externe Erstellung dieser Werkzeuge ist zeitaufwendig und sehr teuer. Um schneller die Werkzeuge zu erhalten, entschied sich das Team von Ford, den 3D-Druck als mögliche Lösung zu erproben.

Ein engagiertes Team für Additive Fertigung wurde gegründet und begann ein erfolgreiches Projekt mit der SLS-Technologie. Sie erzielten gute Ergebnisse, aber die Drucke erforderten oft spezielle Nachbearbeitung. Deshalb begann Ford, die FFF-Technologie von Ultimaker einzusetzen. Diese bot eine noch schnellere, kostengünstigere Lösung mit geringeren Problemen. Mittels dieser Lösung können nicht nur Ingenieure, sondern auch lokale Arbeitskräfte 3D-Drucker verwenden, um die benötigten Werkzeuge zu erstellen.

Ford hat sich für Ultimaker entschieden, weil die Qualität im Vergleich zu den Kosten sehr gut ist und uns die Zuverlässigkeit gefällt.

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Ford begann mit dem Ultimaker 3 und fügte später den Ultimaker S5 hinzu
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Die einfache Schnittstelle von Ultimaker Cura ermöglicht es jedem, Werkzeuge selbst zu erstellen

Erstellen von Werkzeugen, Vorrichtungen und Befestigungen vor Aufnahme der Produktion

Viele Fertigungsbetriebe setzen den 3D-Druck ein, um ihren aktuellen Fertigungsprozess zu optimieren. Durch eine eigene 3D-Werkstatt in der Pilotanlage kann Ford jedoch alle Entwürfe korrekt produzieren, bevor ein neues Auto in die Serienproduktion geht. Dadurch haben die Ingenieure bei Ford mehr Zeit, um die Entwürfe aller kundenspezifischen Werkzeuge zu iterieren. Ford will Werkzeuge schaffen, die nicht nur die Herstellungszeit der Fahrzeuge beschleunigen, sondern oft auch ergonomische Vorteile für die Mitarbeiter haben. Deshalb ist es für Ford wichtig, das richtige Design für die Anwendung erstellen zu können.

Das offene Filamentsystem ermöglicht, Industriematerialien einzusetzen. So können wir noch strapazierfähigere Werkzeuge und Vorrichtungen für unsere Serienproduktion herstellen 

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Werkzeuge werden in der Pilotanlage erstellt, bevor sie in die Massenproduktion gehen
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Bei einem einzigen Fahrzeugmodell kommen mehr als 50 individuell entwickelte Werkzeuge aus dem 3D-Drucker zum Einsatz

Lokale Fertigung

Durch den Einsatz von 3D-Druckern von Ultimaker können die lokalen Mitarbeiter auch die benötigten Werkzeuge in 3D drucken. Ford platziert die Ultimaker 3D-Drucker in Fabriken in ganz Europa, z. B. in Spanien, Italien und Rumänien. Das Designteam in Deutschland liefert die Entwürfe elektronisch, und die Werkzeuge können dank 3D-Druck bereits am nächsten Tag eingesetzt werden.

Ford geht jedoch noch einen Schritt weiter. Mit der Softwarelösung Paramate von Trinckle für generative Fertigung können die Mitarbeiter in diesen Anlagen ohne weitere Erfahrung in der 3D-Konstruktion Vorrichtungen herstellen. Das Team in Köln wird Komponenten für die Werkzeuge herstellen, z. B. Griffe und Magnethalter. Der Ingenieur lädt das Design des Fahrzeugs, fügt Griffe hinzu, erzeugt leere Räume dort, wo Teile hinzugefügt werden müssen, und die Software erzeugt daraus die Vorrichtung. Dieses Design kann direkt an Ultimaker Cura geschickt und vor Ort mit deren Ultimaker S5 Maschinen gedruckt werden.

Heute sind nur erfahrene Verfahrenstechniker in der Lage, komplexe Vorrichtungen zu konstruieren. In Zukunft kann auch der ungeschulte Arbeiter mit dieser Software seine eigenen Werkzeuge erstellen. 

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Mit der Software von Trinckle können die Mitarbeiter Werkzeuge generieren, die direkt zum Ultimaker 3D-Drucker gesendet werden können

Vorteile des 3D-Drucks

Bislang war die Pilotfabrik bereits sehr vorteilhaft für Ford. Pro gesondert gefertigtem Werkzeug sparen sie im Vergleich zur traditionellen Fertigung oder zum Outsourcing eine beträchtliche Menge Geld. Allein der Ford Focus wird mit über 50 speziell entwickelten Werkzeugen, Vorrichtungen und Befestigungen hergestellt. Ford schaut auch auf Ersatzteile für Produktionsmaschinen aus der Fertigungslinie. Durch das Drucken solcher Teile wird die Betriebszeit der Maschinen drastisch erhöht und die Fertigungslinie muss nicht für längere Zeiträume unterbrochen werden.

Aber der 3D-Druck ist nicht nur finanziell vorteilhaft. Viele dieser Werkzeuge haben große ergonomische Vorteile für die Mitarbeiter von Ford. Nach längerer Nutzung können sich herkömmliche Metallwerkzeuge extrem schwer anfühlen, was sich mit der Zeit auf die Gesundheit der Arbeiter auswirken kann. Die Materialien von Ultimaker sind häufig strapazierfähig genug, um Metallwerkzeuge zu ersetzen, was dem Montagepersonal die Arbeit wesentlich erleichtert.

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Verschiedene 3D-gedruckte Vorrichtungen und Halterungen, die im Technikum (Pilotwerk) von Ford entwickelt wurden

Zukünftige Pläne

Ford baut seine Fähigkeiten im 3D-Druck zügig aus. Bei der Optimierung des Workflows zur Erstellung von Werkzeugen, Vorrichtungen und Befestigungen erfahren die Mitarbeiter eine Menge über die Möglichkeiten im 3D-Druck. Lars möchte nicht nur Werkzeuge und Vorrichtungen herstellen, sondern auch Möglichkeiten zur Herstellung von Ersatz- und Endnutzungsteilen mittels 3D-Druck ausloten. „Wir wollen den nächsten Schritt machen, wir möchten auch Ersatzteile in 3D drucken. Wir wollen für die additive Fertigung entwerfen und in der Lage sein, Produktionsteile für Serienfahrzeuge zu drucken.“

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