3D-gedruckte Autos: 11 aktuelle Beispiele

Ein 3D-gedrucktes Auto ist ein Automobil, das mithilfe von 3D-Druckmethoden hergestellt wird und dessen Komponenten mithilfe spezieller Materialien und Geräte Schicht für Schicht aufgebaut werden. Dieser Ansatz ist eine vielversprechende Anwendung des additiven Fertigungsverfahrens und ermöglicht eine stärkere Individualisierung und Nachhaltigkeit und verändert die Art und Weise, wie Automobile hergestellt und entworfen werden.

Ein 3D-gedrucktes Auto ist ein Fahrzeug, das mittels additiver Fertigung hergestellt wird, wobei seine Komponenten Schicht für Schicht aus verschiedenen Materialien wie Kunststoffen, Metallen oder Verbundwerkstoffen aufgebaut werden.

Automobilunternehmen implementieren diese Technologie in gewisser Weise bereits seit Jahren. Tatsächlich schätzt Michael Bourque, ein Veteran der 3D-Druck-Branche und ehemaliger Geschäftsführer des additiven Fertigungsunternehmens Stratasys, Michael Bourque, dass 100 Prozent des heutigen Autodesigns mit 3D-Druck erfolgen. „Sie sind dabei“, sagte er über die Branche, „und sie leisten erstaunliche Dinge.“

Doch derzeit beschränken sich die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks in der Automobilindustrie auf Prototypen und Einzelteile. Wenn es um die Massenproduktion vollständiger und voll funktionsfähiger Fahrzeuge geht, bleiben traditionelle Fertigungsmethoden der Standard. Und es wird wahrscheinlich noch eine Weile dauern, bis sich das ändert.

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Eines der gebräuchlichsten Materialien für die Herstellung von 3D-gedruckten Autoteilen sind Thermoplaste wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polymilchsäure (PLA), die für den Prototypenbau und die Herstellung leichter, nicht struktureller Komponenten verwendet werden. Tuan Tranpham, Experte für additive Fertigungsagte, die meisten 3D-gedruckten Autoteile seien im Laufe der Jahre kosmetischer Natur gewesen – „es ist ein Schaltknauf, es ist ein dekoratives Logo“, sagte ererklärt.

Das beginnt sich jedoch zu ändern. Verfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM) und das direkte Metall-Laser-Sintern (DMLS) helfen bei der Herstellung von Teilen aus Metallen wie Aluminium, Titan und Edelstahl, die für kritischere Komponenten wie Motorhalterungen und Kolben verwendet werden. Und Keramik kann für Bauteile verwendet werden, die hohen Temperaturen und Verschleiß standhalten müssen, etwa Entlüftungsventile und Kraftstoffpumpen.

Sobald die Teile gedruckt sind, werden sie mit herkömmlichen Befestigungsmethoden (Schrauben, Bolzen) und in einigen Fällen auch mit 3D-gedruckten Steckverbindern an das größere Fahrzeug montiert.

Obwohl die 3D-Drucktechnologie verspricht, der Automobilindustrie Effizienz und Nachhaltigkeit zu bringen, ist sie derzeit nicht in der Lage, allein ein komplettes funktionierendes Auto herzustellen. Dennoch haben mehrere Unternehmen Fahrzeuge vorgestellt, bei denen die meisten Komponenten – und sogar wichtige Funktionsteile wie der Rahmen – mithilfe der 3D-Drucktechnologie hergestellt wurden.

Der 21C gilt als weltweit erstes 3D-gedrucktes Hypercar und ist das Flaggschiffprodukt des Sportwagenherstellers Czinger Vehicles. Laut Gründer Kevin Czinger wird fast das gesamte Chassis mithilfe der 3D-Drucktechnologie entworfen, hergestellt und zusammengebaut, ebenso wie das gesamte Aufhängungssystem, mit Ausnahme von Dingen wie Stoßdämpfern. Auch die Auspuffelemente des Automotors sind 3D-gedruckt. Mit einem Preis von 2 Millionen US-Dollar kann der 21C in nur 1,8 Sekunden 60 Meilen pro Stunde erreichen und eine Höchstgeschwindigkeit von 253 Meilen pro Stunde erreichen. Das Auto gilt als die nächste Version des Blade, einem weiteren bahnbrechenden 3D-gedruckten Auto, das ebenfalls von Czinger und seiner anderen Firma Divergent Technologies hergestellt wird.

Celestiq ist das neueste Cadillac-Modell. Die elektrische Limousine soll mehr 3D-gedruckte Komponenten enthalten als jedes andere zuvor von General Motors produzierte Fahrzeug – 115 um genau zu sein, von denen einige struktureller und andere kosmetischer Natur sind. Die Lenkradverkleidung beispielsweise ist ein massiver 3D-Druck aus Metall, für dessen Herstellung keine speziellen Werkzeuge erforderlich sind, was bedeutet, dass sie stark modifiziert werden kann. Der erste Celestiq wird im Dezember 2023 gebaut und ist nur auf Anfrage erhältlich. Berichten zufolge beginnt der Preis für das Auto bei 340.000 US-Dollar, wird aber mit Add-Ons und Anpassungen wahrscheinlich mehr als 400.000 US-Dollar kosten.

Das auf der Ausstellung „Festival Automobile International“ 2019 vorgestellte David Bowie-Tribute-Konzeptauto wurde von der israelischen Firma Massivit 3D Printing in Zusammenarbeit mit dem renommierten Autodesigner Takumi Yamamoto hergestellt, der ein Fan der verstorbenen Rock-Ikone ist. Das Auto wurde in nur zwei Monaten hergestellt und bestand vollständig aus Dimengel, einem sofort aushärtenden Acrylgel, mit dem leichte, hohle 3D-gedruckte Modelle hergestellt werden können. Obwohl nicht vollständig fahrbar, handelt es sich beim David Bowie Tribute Car um einen Prototyp im Maßstab 1:1, der zeigen soll, was mit 3D-Druck in der Automobilindustrie möglich ist.

Der Luxusautohersteller Bugatti war einer der ersten High-End-Automobilhersteller, der die 3D-Drucktechnologie einführte und seit 2018 SLM zum Drucken von Teilen aus Titan, Carbon und Keramik einsetzte. Und er integrierte mehrere 3D-gedruckte Teile in sein neues Hypercar, den Bolide, einschließlich Bremskomponenten, Halterungen und einem Titan-Pushrod-Aufhängungssystem, um es leichter zu machen. Der Bolide kann eine Höchstgeschwindigkeit von 310 Meilen pro Stunde erreichen und gehört damit zu den schnellsten Autos der Welt. Und trotz des hohen Preises von 4 Millionen Euro (ca. 4,2 Millionen US-Dollar) seien alle 40 existierenden Boliden verkauft worden, sagte Bugatti.

NERA (kurz für New-Era) wurde von der in Deutschland ansässigen Firma BigRep entwickelt und ist Berichten zufolge das weltweit erste vollständig 3D-gedruckte Elektromotorrad. Obwohl es sich technisch gesehen nicht um ein Auto handelt, verschiebt der funktionsfähige Prototyp die Grenzen der Fahrzeugtechnik und -produktion und bietet alles von maßgeschneiderten Sitzen bis hin zu Airless-Reifen. Mit Ausnahme der Batterie, des Motors, der Kabel und der Steuerungssysteme werden alle Teile von NERA im 3D-Druck aus PLA, Pro FLEX (einem flexiblen thermoplastischen Material) und ProHT hergestellt, das hohen Temperaturen standhalten kann. BigRep behauptet, dass das Fahrrad von der ersten Idee bis zu seiner Jungfernfahrt in nur 12 Wochen lief.

Der Yoyo wurde vom Elektroautohersteller XEV und dem Filamenthersteller Polymaker entwickelt und ist eines der wenigen 3D-gedruckten Autos, das erfolgreich der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Das kompakte Elektrofahrzeug ist für den städtischen Einsatz konzipiert und verfügt über eine Batteriereichweite von 90 Meilen und eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 70 Meilen pro Stunde. Mit Ausnahme von Teilen wie Reifen, Sitzen, Fenstern und Fahrgestell wurden sowohl das Innere als auch das Äußere des Fahrzeugs mit ABS 3D-gedruckt. Der Yoyo ist nur in Italien erhältlich, wo XEV seinen Sitz hat, und kostet mindestens 13.900 Euro (ca. 14.500 US-Dollar).

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Additive Fertigung wird nicht nur von Herstellern von Luxus- und Experimentalautos eingesetzt. Alltagsmarken wie Ford und BMW drucken einige ihrer Teile ebenfalls in 3D. Durch die Möglichkeit, Teile vor Ort zu entwerfen und zu drucken, müssen diese Unternehmen nicht auf die langen Vorlaufzeiten warten, die bei der herkömmlichen Bearbeitung erforderlich sind, und können ihre Designs problemlos experimentieren und iterieren.

Als das Unternehmen, das die Welt in den modernen Automobilbau eingeführt hat, ist es verständlich, dass Ford in der Automobilindustrie ein Vorreiter im 3D-Druck ist. Zusätzlich zu einigen Werkzeugen, Vorrichtungen und Vorrichtungen, die für die eigentliche Herstellung seiner Autos benötigt werden, druckt das Unternehmen seine Prototypen und einige der Teile, die tatsächlich in die Fahrzeuge selbst eingebaut werden, in 3D. Der 2020 Shelby GT500 verfügt beispielsweise über zwei strukturelle 3D-gedruckte Bremskomponenten, die alle Leistungsstandards und Anforderungen von Ford erfüllten. Und im Jahr 2019 produzierte das Unternehmen das größte Metallteil, das jemals im 3D-Druck hergestellt wurde – einen Aluminium-Ansaugkrümmer für den Motor eines Ford F-150. Im Jahr 2023 eröffnete das Unternehmen außerdem ein neues 3D-Druckzentrum, um die Produktion seines ersten in Europa gebauten Elektrofahrzeugs zu unterstützen.

Volkswagen gehörte zu den ersten Anwendern des Binder Jetting in der Automobilindustrie, einem additiven Fertigungsverfahren, das den 3D-Druck mit Metall kostengünstiger und produktiver macht. Bis zum Jahr 2025 will das Unternehmen nach eigenen Angaben in seinem Stammwerk in Wolfsburg jährlich bis zu 100.000 Bauteile im 3D-Druckverfahren produzieren, mehrere davon für die A-Säule und das T-Roc-Cabrio sind bereits in der Fertigung zertifiziert.

BMW nutzt seit Jahren die 3D-Druck-Technologie für die Kleinserienfertigung seiner Luxusautos, die auf Bestellung gefertigt werden. Dabei werden kleine Metallkomponenten für die Karosserien und Fahrgastzellen der Fahrzeuge durch Laserstrahlschmelzen sowie Polymerteile durch Mehrschichtverfahren hergestellt. Jet Fusion und selektives Lasersintern. Das Unternehmen nutzt die Technologie auch, um während des Designprozesses aller seiner Autos Prototypen zu erstellen und Teile zu testen. Das Unternehmen hat sogar einige vollautomatische Produktionslinien in Deutschland eröffnet, wo Berichten zufolge täglich Millionen von 3D-gedruckten Komponenten versendet werden.

Porsche nutzt die additive Fertigung seit mehreren Jahren sowohl in der Prototyping-Phase als auch bei der Produktion mehrerer Teile – und investierte sogar über seinen Venture-Arm in den 3D-Druck-Spezialisten INTAMSYS. Im Jahr 2020 entwickelte das Unternehmen eine Methode zum 3D-Drucken von Metallkolben, die 10 Prozent weniger wiegen als ihre herkömmlichen Gegenstücke und über Kühlkanäle in ihrem Kolben verfügen, ein Design, das laut Porsche mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht möglich gewesen wäre. Diese Kolben sind jetzt im 911-Flaggschiff GT2 RS verbaut. Porsche druckt auch Komponenten für seine Oldtimermodelle in 3D, deren Teile nicht mehr produziert werden, ebenso wie Unternehmen wie Mercedes-Benz und BMW.

Der Elektrofahrzeughersteller Tesla ist sicherlich kein Unbekannter darin, im Namen der Zeit- und Geldersparnis die Grenzen des Automobildesigns und der Automobilfertigung zu verschieben. Zuletzt experimentierte das Unternehmen heimlich mit dem 3D-Druck der Karosserien einiger seiner Modell-Y-Autos, indem es mit Ultrahochdruckpressen große Untereinheiten des Autos formte und diese dann zusammenfügte. Obwohl Tesla nichts davon bestätigt hat, teilten anonyme Quellen Reuters mit, dass die Technik 3D-Druck und Industriesand kombiniert, wobei Tesla eine Form verwendet, die im Inneren 3D-gedruckte feste Sandkerne enthält. Der Sand wird dann nach dem Gießen entfernt, so dass ein hohler Hilfsrahmen zurückbleibt, der nicht zusammengeschweißt werden muss, erklärte Verge weiter. Letztendlich könnte das Verfahren ein effizienteres Produktionsmittel sein und dem Unternehmen mehr Spielraum in puncto Design geben.

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Der Einsatz der additiven Fertigung sowohl bei Designprototypen als auch bei funktionsfähigen Fahrzeugen hilft Automobilherstellern, Zeit und Geld zu sparen. Da diese Komponenten im eigenen Haus hergestellt werden können, können sie schnell geändert und verbessert werden. Und Unternehmen müssen nicht darauf warten, dass Teile von woanders hergestellt und versendet werden.

Laut Tranpham entsteht bei dem Verfahren auch deutlich weniger Abfall als bei der herkömmlichen Bearbeitung. „Das ist die ganze Idee von Additiv“, sagte er. „Man baut es von Grund auf auf und schneidet nicht von einem großen Block auf das ab, was man braucht. Es ist eine völlig umgekehrte Denkweise.“

Die allgemeine Einführung von 3D-gedruckten Teilen in der Automobilindustrie hängt von mehreren Faktoren ab, darunter technologischen Fortschritten und Verbesserungen bei Qualität und Geschwindigkeit. Additive Fertigung mag eine schnellere und kostengünstigere Option sein, wenn es um die Produktion nur eines Prototyps oder einiger Spezialautos geht, aber mit zunehmendem Volumen wird es schwieriger.

„Die Automobilindustrie ist wirklich ein Spiel mit Zahlen“, sagte Bryan Murphy, der das Oklahoma Additive Manufacturing Center leitet, gegenüber Built In. Viele Automobilhersteller produzieren jedes Jahr Millionen von Fahrzeugen, in deren Inneren sich jeweils Tausende komplexer Teile aus den unterschiedlichsten Materialien befinden. Bei so vielen beweglichen Teilen sind Geschwindigkeit, Kosteneffizienz und Qualität die drei wichtigsten Dinge im Automobilbau.

Unterdessen ist der 3D-Druck laut Branchenveteran Bourque „enorm langsam“. Und die Technologie ist immer noch begrenzt, was die Materialien betrifft, mit denen sie arbeiten kann, und die Geschwindigkeit, mit der sie drucken kann. Außerdem entspricht die Qualität des Produkts nicht immer den Standards, die für eine verkehrssichere Maschine erforderlich sind.

„Der 3D-Druck ist wirklich sehr, sehr schwierig. „Ein sicheres und qualitativ hochwertiges Produkt herzustellen, ist wirklich schwierig, erfordert viel Forschung und Entwicklung und erfordert eine umfangreiche Qualitätsüberwachung im Backend“, sagt Murphy Fortsetzung. „In dieser Phase der additiven Fertigung ist es wirklich weniger wirtschaftlich, das ganze Auto in 3D zu drucken, als es bei der herkömmlichen Fertigung der Fall ist, bei der man Prozesse etabliert und Materialgenehmigungen festgelegt hat.“

Wie lange wird es also dauern, bis 3D-gedruckte Fords oder Toyotas vom Band rollen?

„Von so etwas werden wir wahrscheinlich noch 10, vielleicht 20 Jahre brauchen“, sagte Murphy sagte. „Wir sind weit weg.“

Blick in die Zukunft: Die Zukunft des 3D-Drucks

Ja, aber es handelt sich lediglich um Prototypen oder Konzeptautos, die in unterschiedlichem Maße 3D-gedruckt wurden. Derzeit kann der Durchschnittsverbraucher nicht zu einem Händler gehen und ein vollständig 3D-gedrucktes Auto kaufen. Aber viele große Automobilhersteller haben den 3D-Druck in ihren Design- und Herstellungsprozess integriert, um bestimmte Teile herzustellen.

Es gibt keine Standardkosten für den 3D-Druck eines Autos, da diese je nach Faktoren wie der Größe und Komplexität der zu druckenden Autoteile sowie dem verwendeten Material und der verwendeten Technologie stark variieren können. Einige Schätzungen liegen zwischen Zehntausenden und Hunderttausenden Dollar.

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Die Zeit, die für den 3D-Druck eines Autos benötigt wird, kann je nach mehreren Faktoren erheblich variieren, darunter der Größe und Komplexität der zu druckenden Autoteile sowie dem verwendeten Material und der verwendeten Technologie. Der Druck nur von Autoteilen oder kleinen Prototypen kann mehrere Stunden oder Tage dauern. Die Herstellung eines kompletten, voll funktionsfähigen Autos würde also wahrscheinlich Wochen oder sogar Monate dauern.