Rheinmetall UK ist ein wichtiger Verteidigungsauftragnehmer im Vereinigten Königreich und liefert fortschrittliche Land-, Elektronik- und Waffensysteme an die British Army, mit starkem Fokus auf souveräne Fähigkeiten und lokale Fertigung. Zu den wichtigsten Programmen gehören das Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), der Challenger 3 Main Battle Tank und die neue "UK Gun Hall" für die Rohrfertigung
In früheren Fahrzeugentwicklungsprogrammen wurden Luftkanäle für Systeme wie das Crew Temperature Control System mit flexiblen Schläuchen entwickelt, die aus Blech gefertigte Verteilerkästen verbinden. Dieser Ansatz hat viele Jahre lang gut funktioniert und bietet eine einfache und kostengünstige Lösung für Fahrzeug-Luftkanäle. In Fahrzeug-Upgrade-Programmen wie dem Challenger 3 Programm von Rheinmetall UK ist dieser Ansatz aufgrund erheblicher Platzbeschränkungen und der Anpassung der bestehenden Fahrzeugarchitektur nicht mehr praktikabel.
Für komplexe Luftkanal-Komponenten können verschiedene Produktionsmethoden eingesetzt werden, wie z. B. Spritzguss oder Rotationsformen. Diese erfordern jedoch kostspielige Werkzeuge, und bei Kleinserienproduktion sind diese Werkzeugkosten erheblich. Darüber hinaus durchlaufen Luftkanäle in Fahrzeugentwicklungsprogrammen oft viele Iterationen und erfordern häufig späte Änderungen, da andere Subsysteme um den verfügbaren Raum konkurrieren. Daher besteht das Risiko, dass Werkzeuge neu gefertigt werden müssen und Teile, die ursprünglich rechtzeitig für Tests produziert wurden, für die Fahrzeugserienproduktion neu hergestellt werden müssen.
Vor diesem Hintergrund bietet die additive Fertigung eine Lösung. Es gibt keine Werkzeugkosten für Teile, die Designs können schnell geändert werden , um andere Systemänderungen zu berücksichtigen, und die Komplexität der Teile erhöht die Kosten nicht.
SLS und SLA wurden beide für diese Anwendung detailliert untersucht, wobei die Entscheidung für FFF auf mehreren Faktoren beruhte.
Die erste Überlegung ist die erforderliche Funktionalität der produzierten Teile. In dieser Anwendung gelten strenge Anforderungen an Flammhemmung, geringe Rauchentwicklung und geringe Toxizität. Obere und untere Betriebstemperaturen schränkten die Materialoptionen weiter ein, sodass Kandidaten wie PA2241FR (SLS) und ULTEM 9085 (FFF) übrig blieben. Zu diesem Zeitpunkt wurden keine geeigneten SLA-Materialien identifiziert, die alle Anforderungen erfüllten.
Die Oberflächenqualität ist wichtig, nicht nur für die Ästhetik der Teile, sondern auch für einen guten Luftstrom innerhalb der Luftkanäle. SLS- und SLA-Teile haben direkt aus der Maschine eine äußerst gute Oberflächenqualität. Die Oberflächenqualität von FFF-Teilen kann gröber sein und erfordert Nachbearbeitung zur Verbesserung. Die Luftkanäle müssen die Luft gut halten, um unnötige Druckverluste zu vermeiden. SLA und SLS erzeugen massive Bauteilwände, während FFF Luftspalte hinterlassen kann, die durch Abdichten oder Lackieren gemindert werden müssen.
Große Luftkanalabschnitte waren erforderlich, z. B. 400mm+, wodurch einige der kostengünstigeren SLA-Maschinen nicht geeignet waren. Größere Bauvolumen bei SLS-Maschinen treiben die Kosten erheblich in die Höhe, während FFF-Maschinen mit größerem Bauvolumen zu geringeren Kosten verfügbar sind.
Für diese Anwendung in der Kleinserienproduktion benötigen wir ein geeignetes Gleichgewicht zwischen Kosten und Produktivität. SLS kann sehr produktiv sein, geht jedoch mit hohen Investitionskosten für Ausrüstung und Infrastruktur einher. Großformatige SLA-Maschinen können ebenfalls sehr produktiv sein und Teilechargen schnell produzieren, liegen aber ebenfalls in einem hohen Preissegment. Hochtemperatur-FFF-Maschinen im Großformat können erschwinglicher sein als SLS oder SLA, erreichen jedoch nicht das Produktivitätsniveau der beiden anderen Verfahren.
Schließlich stellt sich die Frage, ob wir diese Teile intern fertigen oder an einen Zulieferer für die Fertigung auslagern. Dies ist eine weitere wichtige Entscheidung und erfordert die Berücksichtigung der Gesamtkosten für das Programm, der Bereitschaft der Lieferkette, der erforderlichen Produktionsflexibilität und der Kontrolle des Produktionsprozesses.
Um eine Entscheidung zu treffen, mussten wir die Vor- und Nachteile jeder Technologie abwägen und prüfen, ob wir sie intern einsetzen oder an einen Zulieferer auslagern würden.
Die Vorteile einer extern vergebenen Produktion, wie keine Investitionsausgaben und der Zugang zum Know-how von Lieferanten, wurden durch den Mangel an verfügbaren qualifizierten Lieferanten, z. B. mit Cyber Essentials + Akkreditierung, das geringere Maß an Produktionskontrolle, das langsamere Lernen und langsamere Iterationen aufgrund des fehlenden Zugangs zu den Maschinen überwogen.
Sowohl SLA als auch SLS erfordern höhere Investitionsausgaben und eine anspruchsvollere Integration in die Fertigung.
SLS konnte keine geeignete Materialauswahl bieten, die alle Anforderungen erfüllte und genügend Vertrauen schuf, um die höhere Komplexität des Produktionsprozesses aufzuwiegen.
Die britische Lieferkette für SLS-Teile aus PA2241FR war zu diesem Zeitpunkt nicht wettbewerbsfähig. Für die interne Einführung war der Prozess zu teuer, und wir hätten die Maschine allein mit diesen Teilen nicht ausgelastet. Bei deutlich höheren Volumenanforderungen hätte die SLS-Produktion intern möglicherweise wettbewerbsfähiger sein können.
Die Investitionskosten für FFF waren deutlich niedriger als bei den anderen Optionen, die Installation in der Fertigung war wesentlich einfacher, es gab weniger Sicherheitsrisiken und geringere Schulungsanforderungen waren zu erfüllen. Rheinmetall UK verfügte über umfangreiche Erfahrung im Einsatz von FFF zur Herstellung von Prototypen als Konstruktionshilfe. Dieses Know-how bedeutete, dass die Einführung von FFF für die Produktion von Endanwendungsteilen auch eine geringere kulturelle und schulungsbezogene Herausforderung darstellte.
Die Produktivität von FFF entsprach der erforderlichen Produktionskapazität, die Rheinmetall UK im Challenger 3 Programm benötigte, und erforderte nur minimale Fertigungsfläche.
Die Schwächen von FFF in dieser Anwendung können kostengünstig gemindert werden. Durch Gleitschleifen und Lackieren der FFF ULTEM 9085 Teile kann eine gute Produktqualität erreicht werden, ohne erhebliche zusätzliche Investitions- und Stückteilkosten zu verursachen.
Unter Berücksichtigung all dieser Abwägungen wurde entschieden, dass Rheinmetall UK für die Produktion von Luftkanälen eine Strategie verfolgen sollte, die Teile intern mit FFF und ULTEM 9085 zu fertigen, da dies im Vergleich zu den anderen untersuchten Lösungen die kostengünstigste, flexibelste und risikoärmste Lösung bot.
Es gibt weltweit eine gute Auswahl an Herstellern, die Hochtemperatur-FFF-Drucker anbieten, mit denen Teile aus ULTEM 9085 hergestellt werden können. Während unseres Auswahlprozesses haben wir die Angebote mehrerer Hersteller berücksichtigt.
Letztendlich lief die Entscheidung, einen miniFactory Ignite zu kaufen, auf Folgendes hinaus:
Maschinenkosten vs. Produktivität – Der miniFactory Ignite war eine der kostengünstigsten Maschinen, bot aber dennoch einen großen Bauraum und ein wettbewerbsfähiges Produktivitätsniveau.
Bauraum – für den Maschinenpreis bot miniFactory ein großes Bauvolumen, das die Serienfertigung ermöglicht. Das bedeutet, dass wir die Arbeitskosten für die Verwaltung von Druckjobs senken und mehr unbeaufsichtigte Stunden für den Druck unter der Woche und am Wochenende nutzen können.
Sicherheit – miniFactory-Maschinen werden in Finnland hergestellt und galten daher als geringeres Cyberrisiko als einige der anderen Hersteller.
Betriebskosten – miniFactory Ignite ist ein offenes System, sodass Rheinmetall UK Feedstock direkt vom Hersteller in größeren Mengen zu äußerst wettbewerbsfähigen Preisen einkaufen konnte. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Stückteilkosten. Darüber hinaus waren die Gesamtbetriebskosten niedriger. Es wurden weniger Verbrauchsmaterialien benötigt, z. B. wiederverwendbare Bauplatten, langlebige Düsen und ein erschwingliches Supportpaket. All diese Aspekte tragen zu niedrigeren Produktionskosten bei.
Support in Großbritannien – nicht alle Druckerhersteller konnten eine Supportlösung mit Sitz in Großbritannien anbieten. Dies ist wichtig, da Maschinenstillstand nicht nur die Produktivität beeinträchtigen, sondern auch zu Programmverzögerungen führen kann. 3DGBIRE übernimmt den Support für miniFactory in Großbritannien und ist nur wenige Stunden von der Rheinmetall UK Einrichtung in Telford entfernt.
Der Kauf und die Installation der Maschine waren nur der erste Schritt zur Entwicklung und Optimierung der Produktionsfähigkeit.
Mit einer Maschine in der Fertigung konnten unsere Konstrukteure die Auswirkungen ihrer Designentscheidungen besser verstehen und schnell Änderungen vornehmen, um sowohl die Funktionalität als auch die Kosteneffizienz zu verbessern. Außerdem konnten wir die Druckprofile optimieren, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
Die übliche Vorgehensweise bei der Optimierung der additiven Fertigung besteht normalerweise darin, Teile zu konsolidieren. Wir stellten fest, dass für diese Anwendung das Gegenteil zutraf. Durch das Aufteilen von Teilen und das Erstellen von Verbindungen konnten wir die benötigte Menge an Stützmaterial reduzieren oder sogar vollständig eliminieren. Das bedeutete, dass wir Teile schneller, mit weniger Material und weniger Arbeitsstunden für die Nachbearbeitung drucken konnten. Außerdem konnten wir unsere Produktivitätsanforderungen mit einer einzigen Maschine erfüllen und dadurch erhebliche Einsparungen erzielen.
Wir konnten unsere Batch-Layouts optimieren und den kosteneffizientesten Nachbearbeitungsansatz für die jeweilige Anwendung festlegen.
Der Zugang zu den Maschinen machte es auch deutlich einfacher, mit Lösungen zu experimentieren, z. B. mit der optimalen Verbindungsmethode, kompatiblen Klebstoffen, Ansätzen zur Teilenummerierung, Oberflächenbearbeitungsmethoden und Lackierungen. Die Entwicklung dieser maßgeschneiderten Lösung in der Lieferkette wäre zeitaufwendig und teuer gewesen.
Nach der Anschaffung der miniFactory Ignite Maschine und den Arbeiten zur Entwicklung der Produktionsprozesse ist die additive Fertigung nun die Standardlösung für die Luftkanalfertigung im Challenger 3 Programm.
Die Einführung der additiven Fertigung hat eine zuvor unvorstellbare schnelle Designiteration ermöglicht. Wir konnten zeigen, dass Designänderungen vorgenommen und ein Ersatzteil innerhalb eines Tages produziert werden können.
Die Umstellung auf additive Fertigung hat insgesamt große Kosteneinsparungen gebracht, der größte Vorteil liegt jedoch in den Einsparungen beim Cashflow. Durch die bedarfsgerechte Fertigung wurden die Kosten für die Beschaffung von Teilen und deren Einlagerung reduziert. Es gibt keine Werkzeugkosten und kein Risiko erheblicher Kostensteigerungen durch Designänderungen.
Mit der bedarfsgerechten Produktion besteht kein Risiko, dass Teile im Lager verloren gehen oder beschädigt werden. Falls Teile während der Montage beschädigt werden, können Ersatzteile schnell hergestellt werden.
Die Maschinen vor Ort zu haben, hat das Lernen erheblich beschleunigt. Unsere Fähigkeiten im Bereich „Design for Additive Manufacturing“ wurden verbessert, was zu höherwertigen Produkten, gesteigerter Produktivität und niedrigeren Kosten geführt hat.
Die Einführung der additiven Fertigung hat trotz des neuen Fertigungsprozesses auch das Programmrisiko insgesamt gesenkt. Die Fähigkeit, schnell auf Änderungen zu reagieren, minimiert das Potenzial für Programmverzögerungen und lange Beschaffungszyklen.
Schließlich hat die Einführung der additiven Fertigung für Endanwendungsteile den Fokus auf Designoptimierung und Kosteneffizienz in der Fertigung verstärkt. Dass die Fertigungsausrüstung für die Konstrukteure zugänglich ist, hat dabei enorm geholfen.
Dieses Projekt hat die Einführung der additiven Fertigung für Endanwendungsteile bei Rheinmetall UK weiter beschleunigt. Seit der Einführung von miniFactory für die Herstellung von Polymer-Luftkanälen hat das Unternehmen beispielsweise in Rapidias Metal Paste Deposition Technologie investiert, um Fahrzeugkomponenten aus Stahl herzustellen. Es ist wahrscheinlich, dass in Zukunft noch mehr Komponenten mit additiver Fertigung kostengünstig produziert werden können.
Von Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Headerbild: Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Verwendet unter der MOD News Licence.
„*“ zeigt erforderliche Felder an
