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3D-Druck revolutioniert die Instandhaltung

Das Verfahren ist schnell, flexibel und günstig. So sind Ersatzteile schnell zur Stelle. Aber es gibt auch noch andere Einsatzmöglichkeiten.

Der 3D-Druck nimmt bei der Deutschen Bahn Fahrt auf. Den Anfang machte Ende 2015 der Druck eines einfachen Mantelhakens. Seitdem hat die DB bereits 1.000 Ersatzteile verschiedenster Art gedruckt – Tendenz steigend. Bis Ende 2017 sollen insgesamt 2.000 Ersatzteile aus dem 3D-Drucker kommen, bis Ende 2018 schon 15.000 Stück. Dabei reicht die Bandbreite vom Lüftungsgitter über Kopfstützen bis zur Querdämpferkonsole.

„Drucken ist schneller, flexibler und günstiger als herkömmliche Herstellungsverfahren und die Fahrzeuge sind innerhalb kürzester Zeit wieder verfügbar und für unsere Kunden im Einsatz,“ sagt Uwe Fresenborg, Vorsitzender der Geschäftsführung der DB Fahrzeuginstandhaltung und Pate für den 3D-Druck bei der DB. 

Ersatzteile für die DB aus dem 3D-Drucker: Kopfstütze für einen Regionalzug

 

Bildergalerie 3D-Druck

Ob ein Bauteil aus dem 3D-Drucker tatsächlich eingesetzt wird, entscheiden umfangreiche Tests, die alle Teile durchlaufen. Hierbei geht es beispielsweise um die Prüfung der Dauerfestigkeit. Die additive Fertigung beim 3D-Druck – also der schichtweise Aufbau der Ersatzteile – ermöglicht es zudem, Ersatzteile an besonders störungsanfälligen Stellen vorab zu optimieren. Dadurch können Störungen bereits im Vorfeld minimiert und die Verfügbarkeit von Zügen noch weiter erhöht werden. Während die ersten Ersatzteile ausschließlich aus Kunststoff waren, werden mittlerweile auch Metallbauteile im Pulverdruckverfahren produziert und im Hochgeschwindigkeitsverkehr eingesetzt. Ein Beispiel der Klemmenkasten, der empfindliche Kabel an einem Motor im ICE schützt.  

„Wir setzen den 3D-Druck bei der Bahn nicht nur für die Instandhaltung ein, sondern sind im gesamten Unternehmen auf der Suche nach möglichen Verbesserungen, die wir durch diese Art der Produktion erreichen können“, so Stefanie Brickwede, Projektleiterin 3D-Druck bei der DB. So wird auch am Bahnhof der Einsatz von 3D-Druck bereits getestet: Mit Handlaufschildern in Blindenschrift können sich mobilitätseingeschränkte Personen im Berliner Hauptbahnhof leichter zurechtfinden. Der 3D-Druck bietet die Möglichkeit, für Handläufe am Bahnsteig individualisierte Schilder zu fertigen.

Im Zeitraffer: Druck einer Kopfstütze für einen Regionalzug. 

DB Schenker untersucht zudem intensiv, wie in großen Materiallagern 3D-Drucker eingesetzt werden können, um Ersatzteile für die Kunden vor Ort auszudrucken und damit Lagerbestände zu verkleinern. Aktuell läuft die Suche nach geeigneten Testkunden.

Statt selbst teure 3D-Drucker-Farmen aufzubauen, setzt die DB auf die Partnerschaft im Netzwerk „Mobility goes Additive“. Industrie und Mobilitätswelt arbeiten hier Hand in Hand. Weit über 40 Unternehmen – von Anwendern über Universitäten bis hin zu Start-ups – haben sich auf Initiative der DB darin zusammengeschlossen, um Innovationen gemeinsam voranzutreiben. Mit an Bord sind auch Druckmaschinenhersteller und Druckdienstleister.

Der 3D-Druck ist Bestandteil des 2016 gestarteten DB-Qualitätsprogramms „Zukunft Bahn“, das die Angebote und Services der Bahn für die Kunden verlässlicher, komfortabler und sympathischer machen soll.

  1. Schnell auf die Schiene – Mit Hilfe des 3D-Drucks kann die DB innerhalb kurzer Zeit Ersatzteile drucken, die sonst mit langen Lieferzeiten verbunden oder gar nicht mehr erhältlich wären. So können die Züge schnell zurück auf die Schiene und es gibt spürbar weniger Fahrzeugausfälle. Die DB wird damit verlässlicher.
  2. Per Knopfdruck bei Bedarf – Mittelfristig können sich durch den 3D-Druck ganze Wertschöpfungsketten verändern. So müssen Ersatzteile nicht mehr in großer Menge gelagert werden, sondern entstehen bei Bedarf buchstäblich per Knopfdruck vor Ort. Das schafft eine immense Flexibilität und ermöglicht es, Ersatzteile schnell und in Kleinstmengen zu produzieren.
  3. Bessere Ersatzteile – Schon heute können Ersatzteile nicht nur nachgebaut, sondern auch verbessert werden. Der 3D-Druck mit seinem schichtweisen Aufbau  ermöglicht es, Teile aus Kunststoff und Metall so herzustellen, wie es mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht möglich ist. 
  4. Mehr Möglichkeiten für Einsatz – Durch den Test verschiedener neuer Materialien, wie beispielsweise dauerfeste Elastomere oder flammfeste Kunststoffe für den Bahn-Einsatz, ergeben sich zukünftig immer weitere Einsatzmöglichkeiten für im 3D-Druck hergestellte Ersatzteile.
  5. Neue Geschäftsmodelle in Logistik – Der 3D-Druck hat das Potenzial, die Logistiksparte und somit ganze Geschäftsmodelle grundlegend zu verändern. Wenn Ersatzteile nicht mehr vorproduziert werden, sondern direkt vor Ort entstehen, verändern sich Transportwege.

René Gurka, CEO BigRep

In welchem Entwicklungsstadium befindet sich der 3D-Druck aktuell?

Für BigRep liegt die Antwort klar auf der Hand: Der Fokus wird sich vom individuellen Anwender auf die industrielle Produktion verlagern. Und damit meine ich nicht die Herstellung von Prototypen. Der Trend geht vielmehr in Richtung einer automatisierten Additiven Fertigung. 3D-Druck wird zum integralen Bestandteil der industriellen Produktion; der traditionelle Fertigungsprozess wird sich dadurch nachhaltig verändern.

Welche Vorteile bietet der 3D-Druck für die Industrie?

Additive Manufacturing - also der schichtweise Druck verschiedener Materialien - ist immer dann sinnvoll, wenn es um die Herstellung individualisierter Objekte in kleiner Stückzahl geht. Auch bei Objekten, die man mit alternativen Fertigungsmethoden bisher nicht oder nur mit einem hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand herstellen konnte, bietet der 3D-Druck neue Möglichkeiten. Beispielsweise im Orthopädie- oder Dentalbereich, aber auch bei der Reproduktion von menschlichen Organen findet 3D-Druck daher zunehmend Anwendung. Hersteller anderer Branchen haben das Potenzial ebenfalls erkannt und produzieren Ersatzteile nach Bedarf, um somit Einsparungen in Logistik und Lagerung zu erzielen.

Wie wird sich der 3D-Druck in naher Zukunft entwickeln?

Eine der größten Herausforderungen des 3D-Druck ist die Zeit. Bei der Schmelzschichtung benötigen wir bis zu drei Tage für die Fertigstellung eines Produkts. Die Industrie verlangt aber nach deutlich kürzeren Zeiten und zugleich nach Flexibilität. Einen Lösungsansatz bieten hier vollautomatisierte „Endless Printing“-Anlagen. Das System funktioniert wie ein Fließband: Verschiedene Druckköpfe sind statisch in einem Kreis hintereinandergeschaltet, nur die Trägerplatten darunter bewegen sich. Softwaregesteuert erhält jeder einzelne Druckkopf individuelle Daten und druckt das jeweils beauftragte Objekt simultan in 3D nach. Ein Roboter lädt die Teile anschließend vom Band und sortiert sie. Das alles passiert im kontinuierlichen Rhythmus, ohne zeitlichen Leerlauf.