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Text: Thomas Masuch
Neben einer steigenden Anzahl von Metallteilen werden zum Beispiel die Luftkanäle für das klimatisierte Belüftungssystem der Besatzung des aktuellen Challenger-3-Panzers additiv gefertigt, was unter anderem die Entwicklung vereinfacht.
Dabei ist das Potenzial der Additiven Fertigung auch bei der Herstellung größerer Fahrzeuge und Panzer enorm. Julian Wright, Technology Programmes Manager bei Rheinmetall BAE Systems Land (RBSL), einer Tochter von Rheinmetall UK, erinnert sich an eine Studie aus dem Jahr 2014, laut der theoretisch rund 30 bis 40 Prozent der Bauteile eines Panzers aus dem 3D-Drucker stammen könnten. „Und inzwischen hat sich die Technologie ja enorm weiterentwickelt.“
Für Wright ist das aber noch lange kein Grund, in übermäßige AM-Hysterie zu verfallen, denn trotz der vielen Vorteile, die der 3D-Druck einem Verteidigungsunternehmen wie Rheinmetall UK bietet, kennt Wright auch die zahlreichen Herausforderungen, „die eine schnelle Verbreitung der Technologie bremsen“. Trotzdem ist AM auch für Rheinmetall ein wichtiger Baustein, unter anderem für die Entwicklung und die Produktion moderner Militärtechnik sowie bei der Ersatzteilversorgung.
Chancen von AM
Die wichtigsten Verteidigungsprojekte von Rheinmetall UK konzentrieren sich auf die Modernisierung der britischen Streitkräfte. Dazu zählen das Challenger-3-Programm, bei dem 148 Challenger-2-Kampfpanzer zum neuen Challenger 3 modernisiert werden. Das Programm mit einem Auftragswert von über 900 Mio. EUR sieht die Entwicklung, Fertigung und Endmontage in Telford vor.
Daneben fertigt Rheinmetall UK gemeinsam mit KNDS UK mehrere Hundert gepanzerte Truppentransporter des Typs Boxer 8x8. Darüber hinaus kümmert sich RBSL auch um die Instandhaltung und Ersatzteilversorgung und ist in das künftige LIOS-Programm (Land Integrated Operating Service) des britischen Verteidigungsministeriums eingebunden.
Die im Vergleich zu vielen anderen Branchen relativ geringen Stückzahlen bei Militärfahrzeugen sind oft ein Vorteil für die Additive Fertigung. „So kann es beispielsweise wirtschaftlich sinnvoll sein, teure Werkzeuge überflüssig zu machen und durch bedarfsgerechte Produktion Mindestbestellmengen zu umgehen. Das reduziert Lagerbestände und Lagerbedarf und wirkt sich positiv auf den Cashflow des Unternehmens aus“, erklärt Wright. Darüber hinaus kann AM die Produktentwicklung beschleunigen und manche Bauteile zusammenführen, indem mehrteilige komplexe Baugruppen durch ein einziges Bauteil ersetzt werden. „Das ist jedoch nicht immer der Fall, sondern hängt von der Anwendung und dem gewählten AM-Fertigungsverfahren ab“, erklärt Wright. „Bei den Polymerkanälen für den Challenger 3 haben wir die Teile beispielsweise in mehrere Abschnitte unterteilt und die Gesamtzahl sogar erhöht. Das war aber sinnvoll, weil es die Menge an Stützstrukturen minimiert, was am Ende die Produktivität steigerte und Kosten senkte.“
Wright sieht zudem großes Potenzial für die Additive Fertigung von Kunststoffen. Wenn man damit Metallkomponenten ersetzt, lassen sich sowohl das Fahrzeuggewicht als auch die Herstellungskosten senken. „Beispielsweise zeigen wir im Rahmen des Projekts ‚Tampa‘ von Rheinmetall UK, wie wir Stahlteile durch Kunststoff ersetzen und dabei 80 bis 90 Prozent der Masse einsparen können, ohne an Funktionalität einzubüßen“, erklärt Wright. „Dies erfordert jedoch auch ein Umdenken“, sagt er. „Viele Komponenten in Militärfahrzeugen wurden traditionell aus Stahl oder Aluminium gefertigt, unter anderem weil geringe Produktionsmengen die Kosten für Spritzgusswerkzeuge selten rechtfertigen. Gleichzeitig herrscht nach wie vor die weitverbreitete Auffassung, dass Polymere einfach nicht fest genug sind.“
Ein weiteres großes mögliches Einsatzfeld der Additiven Fertigung bei großen Militärfahrzeugen ist die Ersatzteilversorgung und die schnellere Verfügbarkeit von Komponenten. Weil die Fahrzeuge in der Regel Jahrzehnte im Einsatz sind, müssen die Ersatzteile entsprechend lang zur Verfügung stehen. „Die Herausforderung dabei ist, dass diese veralteten Komponenten nicht für die Additive Fertigung konstruiert und zertifiziert wurden“, so Wright. „Die Erstellung zertifizierter digitaler Bestände ist eine der wichtigsten Aufgaben, die noch vor uns liegt.“
Der lange Lebenszyklus insbesondere von gepanzerten Landfahrzeugen wirft noch eine weitere Frage bei der Additiven Fertigung von Kunststoffteilen auf. Im Panzer ist die Haltbarkeit sehr wichtig, erklärt Wright. „Und bei den AM-Materialien gibt es oftmals keine Daten, wie diese sich nach mehreren Jahren unter verschiedenen militärischen Bedingungen verhalten.“
Beschaffung der Teile
Rheinmetall UK hat eine eigene AM-Fertigung aufgebaut, gleichzeitig bezieht das Unternehmen auch Bauteile von Dienstleistern, insbesondere wenn die eigenen Kapazitäten nicht ausreichen oder wenn Verfahren verwendet werden, über die RBSL nicht verfügt. Wo es wirtschaftlich Sinn ergibt, versucht Wright mit seinem Team so viel wie möglich selbst zu drucken. „Das hat zahlreiche Vorteile – insbesondere sind wir so agiler und können auch mehr dazulernen.“ Das größere Know-how seiner Teams im Bereich Additive Manufacturing sorgt auch dafür, dass immer mehr über den Einsatz von AM für Fertigteile nachgedacht wird.
Gleichzeitig warnt Wright auch davor, die Möglichkeiten der Additiven Fertigung zu überschätzen bzw. sich den 3D-Druck zu einfach vorzustellen. „Man muss in der Regel den gesamten Fertigungszyklus betrachten, und da ist der Druck nur ein Baustein. Eine zu starke Vereinfachung hilft der Additiven Fertigung nicht weiter.“
Wright und sein Team verfügen nun über eigene AM-Anlagen für Hochtemperatur-Polymere und Metalle, was auch wirtschaftlich eine bessere Rendite abwerfen soll. Mit der Metal-Paste-Deposition-Technologie von Rapidia Inc. ist RBSL Vorreiter in Großbritannien, und Wright ist von diesem Ansatz mehr als überzeugt. „Das Verfahren ist sehr kostengünstig, Bauteile können damit preiswerter produziert werden als mit bestehenden Fertigungsmethoden. Die Integration in den Betrieb ist unbedenklich, da im Prozess kein loses Pulver anfällt und auch keine aufwendige Nachbearbeitung erforderlich ist – Stützstrukturen lassen sich beispielsweise von Hand entfernen.“ Die kompakte Bauweise und Mobilität der Geräte soll sich zudem für die Herstellung von Ersatzteilen direkt am Einsatzort eignen. „Wir gehen davon aus, dass die Systeme näher an der Front positioniert werden könnten, als dies derzeit bei anderen Metall-AM-Systemen vorgesehen ist. Außerdem wird damit eine Herausforderung für militärische Anwender gelöst, da für den Einsatz der Geräte kein Fachpersonal erforderlich ist, was es uns ermöglicht, diese Kapazitäten über das gesamte Schlachtfeld zu verteilen.“
Ein Blick in die Zukunft
Während im aktuellen Challenger-3-Programm schon einige AM-Komponenten eingesetzt werden, erwartet Wright bei künftigen Fahrzeug-Upgrades und bei der nächsten Panzergeneration eine deutlich größere Zahl an additiv gefertigten Bauteilen.
Seiner Ansicht nach wird AM entscheidend dazu beitragen, Fahrzeuge leichter zu machen sowie zugleich Entwicklungskosten und -zeiten zu senken. „Darüber hinaus wird die Technologie die Art und Weise verändern, wie wir Fahrzeuge reparieren, da Teile bedarfsgerecht hergestellt werden können. Dadurch wird die Einsatzbereitschaft erhöht.“
Dennoch werden Panzer und andere schwer gepanzerte Fahrzeuge weiterhin über 40 Tonnen wiegen und laut Wright nicht vom Schlachtfeld verschwinden. „Daran wird sich auch trotz der Lehren aus dem immer effizienteren Einsatz von Drohnen im Ukraine-Krieg nichts ändern. Panzer sind äußerst nützlich, um Stellungen zu halten und verteidigte Stellungen anzugreifen. Sie müssen jedoch in ein Gesamtkonzept der Streitkräfte integriert werden und über geeignete Abwehrmechanismen gegen Drohnen verfügen, genauso wie wir Landstreitkräfte vor anderen Bedrohungen aus der Luft schützen.“
