Gastbeitrag

Chancen und Hindernisse für 3D-Druck für E-Autos

Gastbeitrag05. April 2024, 07:00

E-Auto-Produktion: 3D-Druck als Zukunftstechnologie? © Tesla

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Sona Dadhania ist leitende Technologie-Analystin bei dem Marktforscher IDTechEx. In diesem Gastbeitrag befasst sie sich mit dem E-Auto-Markt und dem Thema 3D-Drucker in der E-Auto-Branche.

Der Markt für Elektrofahrzeuge (EV) erlebt 2023 ein weiteres spannendes Wachstumsjahr. Nach einem Anstieg der Elektroauto-Verkäufe um 62 % im Jahr 2022 im Vergleich zu 2021 prognostiziert IDTechEx für 2023 einen Anstieg der weltweiten Verkäufe um 16 %. Allerdings wurde das Wachstum im Laufe des Jahres durch die Entwicklung der Plug-in-Hybride (PHEV) in Europa etwas gebremst, insbesondere in der ersten Hälfte des Jahres 2023, was teilweise auf die Kürzung der Subventionen in Deutschland zurückzuführen ist. Nichtsdestotrotz sind sich viele einig, dass E-Fahrzeuge die Zukunft der Automobilindustrie darstellen, insbesondere bei Personenkraftwagen.

Angesichts der Tatsache, dass Elektrofahrzeuge laut IDTechEx-Prognosen bis zum Jahr 2044 ein Umsatzpotenzial von 3,5 Billionen US-Dollar darstellen, ist es nicht überraschend, dass die additive Fertigungsindustrie (AM) diesen Anwendungsbereich mit Begeisterung aufgreift. Schließlich würde selbst ein Bruchteil der Lieferkette für die Herstellung von Elektrofahrzeugen der AM-Branche beträchtliche Einnahmen und Wachstum bescheren. Das wirft jedoch die Frage auf: Welche Möglichkeiten bietet der 3D-Druck angesichts seiner einzigartigen Vorteile für die Produktion von Elektrofahrzeugen wirklich? Und wo wird AM auf die größten Schwierigkeiten stoßen?

Diese Fragen werden in dem neuen IDTechEx-Bericht „3D-Druck und additive Fertigung 2024-2034: Technologie- und Marktausblick“ für jede einzelne Anwendung erörtert, der die einzigartige Expertise von IDTechEx im Bereich 3D-Druck und Elektrofahrzeuge vereint. Dieser Artikel wirft einen Blick auf die Chancen und Hindernisse, die AM für die Produktion von Elektrofahrzeugen bietet.

AM-Akteure sehen Chancen für AM in der EV-Produktion:

Wie in vielen Gesprächen mit wichtigen Druckerherstellern und Materiallieferanten im Bereich der additiven Fertigung erörtert wurde, gibt es mehrere Möglichkeiten, wie AM einen Mehrwert für die Lieferketten der EV-Fertigung bieten kann, z. B:

Gewichtsreduzierung: AM kann zur Gewichtsreduzierung von Teilen beitragen, was die Reichweite eines Elektrofahrzeugs erhöhen und/oder Platz für andere Komponenten (z. B. größere Batterien) schaffen kann.
Vereinfachung der Herstellung: AM könnte es ermöglichen, große Baugruppen in weniger Teile zu konsolidieren, was zu einer vereinfachten Lieferkette und Kostensenkungen führen könnte.
Schnellere Markteinführung: AM trägt zur Verkürzung der Designzyklen bei, indem es die Produktionszeiten und -kosten für die Herstellung von Prototypen und Werkzeugen reduziert. Da sich die Designzyklen von Fahrzeugen verkürzen, könnte AM dazu beitragen, E-Fahrzeuge durch die Herstellung von Prototypen (sowohl ästhetisch als auch funktional) und Werkzeugen (zum Schneiden, Stanzen, Formen, Gießen) schneller auf den Markt zu bringen.
Veränderungen in den bisherigen Lieferketten der Automobilindustrie: Da alte Teile durch EV-spezifische Teile ersetzt werden (z. B. Batterien, Elektromotoren, Kühlkomponenten usw.), werden die Automobilhersteller neue Lieferketten aufbauen, um diese neuen Teile unterzubringen. Dies könnte Raum für AM lassen, um Marktanteile zu erobern, insbesondere wenn die Hersteller bereit sind, bei der Anpassung ihrer Lieferketten alternative Technologien zu berücksichtigen.
Flexibilität bei aufstrebenden EV-Unternehmen: Auf dem Markt für Elektrofahrzeuge gibt es zahlreiche Start-ups, die eher bereit sind, alternative Produktionstechnologien wie AM in Betracht zu ziehen, als die etablierten Automobilhersteller, was eine neue potenzielle Kundenbasis für AM schafft. Diese Start-ups sind möglicherweise mehr an der Dynamik der digitalen Lieferkette interessiert als die alten Anbieter mit ihren langjährigen Lieferketten. Außerdem könnten sie von der Flexibilität von AM profitieren, da sie keine Skaleneffekte erzielen müssen, um ihr Produkt auf den Markt zu bringen.

Die Hindernisse für die Anwendung des 3D-Drucks in Elektrofahrzeugen

Wie jedoch von den wichtigsten Endnutzern festgestellt wurde, steht AM bei seiner Anwendung in Elektrofahrzeugen vor vielen Herausforderungen, insbesondere bei der Anwendung für Produktionskomponenten:

Hohe Kosten für AM: Die meisten 3D-gedruckten Teile können preislich nicht mit traditionell bearbeiteten, gegossenen oder geformten Teilen mithalten. Selbst bei Teilen, deren Leistung oder Gewicht durch AM verbessert werden kann, würden viele EV-Hersteller das Teil lieber so belassen, wie es ist, wenn AM zu einer größeren Struktur führt (z. B. durch Topologieoptimierung), die mehr Kosten verursacht (z. B. durch Nachbearbeitung). Es wird schwierig sein, Anwendungen zu finden, bei denen die Leistungsvorteile von AM die Kosten rechtfertigen, vor allem, wenn man bedenkt, dass die Kosten für E-Fahrzeuge gesenkt werden müssen, um die Akzeptanz auf dem Massenmarkt zu erhöhen.
Begrenzte Materialpalette und -quellen: Die meisten AM-Technologien verarbeiten noch nicht die Stahl- und Aluminiumlegierungen, die von den Automobilherstellern üblicherweise verwendet werden. Darüber hinaus bereiten die einzelnen Materialquellen für AM den OEMs Bedenken hinsichtlich der Stabilität der Lieferkette.
Voreingenommenheit gegenüber etablierten Methoden und Lieferketten, insbesondere bei großen OEMs: Es gibt eine Vorliebe für traditionelle Bearbeitungs- und Formgebungsverfahren, vor allem bei größeren OEMs wie GM. Außerdem gibt es seit langem etablierte Lieferketten, mit denen AM konkurrieren muss. Da OEMs risikoscheu sein können, ist es schwierig, neue Fertigungstechnologien wie AM einzuführen.
Der Produktionsdurchsatz ist zu gering für den Massenmarkt: AM hat einen geringeren Durchsatz als etablierte Fertigungsverfahren, was es schwierig macht, die Massenproduktion von Elektrofahrzeugen zu erreichen.
Fehlender Bedarf an Leistungsverbesserungen: Für viele Teile für den Massenmarkt sind die derzeitigen Lösungen gut genug, so dass für die Erstausrüster keine Notwendigkeit besteht, AM einzuführen, auch wenn AM die Leistung verbessert.
Mangelnde Zuverlässigkeit: Da die OEMs recht risikoscheu sind, muss AM seine Qualität und Beständigkeit unter Beweis stellen, um für den Massenmarkt der Elektrofahrzeuge eingesetzt zu werden.

AM auf dem Vormarsch bei der Produktion von Elektrofahrzeugen?

Trotz dieser Herausforderungen macht die AM-Branche Fortschritte bei der Durchdringung des Marktes für Elektroautos. Eines der größten Ereignisse des Jahres 2023 in der 3D-Druckbranche war der Vorstoß von Tesla mit dem „Gigacasting“, einem Verfahren, bei dem massive Gießmaschinen zur Herstellung großer Einzelteile für die Unterböden der Elektroautos eingesetzt werden. Eine Schlüsselkomponente dieses Prozesses ist das Sandbindemittel-Jetting zur Herstellung von Gusskernen.

Da auch andere Automobilhersteller wie Toyota die Integration des Gigacasting-Verfahrens in ihre eigenen Lieferketten in Erwägung ziehen, stellt diese neue Anwendung das künftige Potenzial von 3D-Druck dar, einen bedeutenden Einfluss auf den Markt für Elektrofahrzeuge zu nehmen.