Additive Fertigung im Fahrzeuginterieur Kopfstützen aus gedrucktem Monomaterial

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Im Rahmen der Kreislaufstrategie des Vision O demonstriert Skoda Auto das Potenzial der additiven Fertigung für die Serienproduktion. Durch den Einsatz von Ultrasint TPU in einer Wabenstruktur gelingt es, komplexe mechanische Anforderungen wie Dämpfung und Formstabilität in einem einzigen Bauteil zu vereinen, ohne auf herkömmliche Verbundlösungen angewiesen zu sein.

Das Herzstück der neu entwickelten Kopfstütze bildet Ultrasint TPU, ein thermoplastisches Polyurethan, das die BASF speziell für pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren wie das selektive Lasersintern (SLS) entwickelt hat und unter der Marke Forward AM von Mass Additive Manufacturing vertrieben wird. Für den Verarbeiter bietet das Material den Vorteil einer hohen Prozessstabilität und einer sehr guten Oberflächengüte der gedruckten Bauteile.

Hochleistungspolymer für die additive Serienfertigung

In der Anwendung im Vision O erfüllt das Polymer alle Anforderungen an Komfort und Langlebigkeit in einem einheitlichen Materialsystem. Da es sich um ein Monomaterial handelt, kann das Bauteil am Ende des Lebenszyklus ohne vorherige Trennung unterschiedlicher Kunststoffe oder Schaumstoffe direkt dem Recycling zugeführt werden. Dies reduziert die Komplexität in der Entsorgungskette erheblich und unterstützt die Forderungen nach einer höheren Recyclingquote im Automobilsektor.

Funktionsintegration durch gradierte Wabenstrukturen

Das Design der Kopfstütze nutzt die gestalterische Freiheit des 3D-Drucks, um eine funktionale Gradierung zu realisieren. Die gewählte Honeycomb-Geometrie (Wabenstruktur) ist nicht statisch, sondern verändert ihre Dichte über das Bauteil hinweg. Die Struktur öffnet sich kontinuierlich von einer soliden, mechanisch stabilen Basis an der Unterseite hin zu einer großporigen, luftigen Architektur im oberen Bereich.

Diese konstruktive Auslegung führt zu einem spezifischen Deformationsverhalten: Die offene Struktur reagiert präzise auf Druckbelastungen und bietet eine weiche, polsterähnliche Haptik. „Das Ziel war eine Monomaterial-Kopfstütze, was bedeutet, die Anzahl der Komponenten auf ein einziges Material zu reduzieren, das alle Anforderungen erfüllt“, so die Projektverantwortlichen von Škoda. Damit entfällt die klassische Kombination aus tragendem Kunststoffkern, Schaumstoffpolsterung und Textilbezug.

Nachhaltigkeit durch Zero-Waste-Produktion

Neben der stofflichen Verwertbarkeit punktet das Verfahren durch eine ressourceneffiziente Fertigung. Der Druckprozess von Ultrasint TPU ist als Zero-Waste-Produktion ausgelegt. Nicht verbrauchtes Pulver im Bauraum kann in nachfolgenden Druckjobs wiederverwendet werden, was die Materialeffizienz gegenüber subtraktiven Verfahren oder dem klassischen Spritzguss mit Angussverlusten steigert.

Interview

EU-Altfahrzeugverordnung: Welche Chancen und Herausforderungen gibt es?

Karsten Schnake, Vorstandsmitglied für Beschaffung bei Škoda Auto, unterstreicht die Bedeutung dieses ganzheitlichen Ansatzes: „Wir prüfen sorgfältig, wie Komponenten beschafft, hergestellt, verpackt und transportiert werden. Mit dem Vision O haben wir an einem geschlossenen Kreislaufsystem gearbeitet, das die Umweltbelastung minimiert“. Diese Strategie zeigt, dass additive Fertigung und TPU-Werkstoffe entscheidende Bausteine für die Erfüllung kommender regulatorischer Vorgaben wie der Altfahrzeugverordnung (ELV) darstellen.

Auch bei den Sitzbezügen setzt der Automobilhersteller auf neue Verarbeitungstechniken: Die Materialien werden als Flachgestrick mit unterschiedlichen integrierten Strukturen in einem Stück gefertigt. Dies ermöglicht eine optimale Passform bei gleichzeitiger Erhöhung der Haltbarkeit. Zum Einsatz kommt zu 100 % recyceltes Polyester (Rec PES), das aus aufbereiteten PET-Flaschen gewonnen wird. Der Prozess umfasst das Reinigen, Schreddern und Aufschmelzen des Rezyklats zu Garnen, die anschließend zu Textilien verwoben werden.

Konventionelle Fertigung vs. Monomaterial-Ansatz

Traditionell sind Kopfstützen im Automobilbau hochkomplexe Baugruppen, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe bestehen. Die Neuentwicklung von Škoda bricht mit diesen konventionellen Fertigungsstrukturen, um sowohl die Produktion als auch das spätere Recycling zu optimieren.

Üblicherweise besteht eine Kopfstütze aus einem spritzgegossenen Grundträger aus Hartkunststoff (z. B. PA oder ABS), einem Polsterkern aus Polyurethan-Schaum (PUR) und einem Bezug aus Textil oder Leder. Diese Multimaterial-Bauweise erfordert mehrstufige Prozesse: Spritzgießen des Trägers, Schäumen des Kerns und anschließendes Beziehen. Zudem ist das Recycling komplex: Am Ende des Lebenszyklus lassen sich diese fest verbundenen Komponenten nur unter hohem Aufwand trennen, was eine stoffliche Verwertung erschwert.

Im Gegensatz dazu reduziert Škoda beim Vision O die Anzahl der Komponenten auf ein einziges Material. Die additive Fertigung ermöglicht es, die mechanischen Eigenschaften, die sonst durch verschiedene Werkstoffe (harter Kern, weicher Schaum) erzielt werden, allein durch die Geometrie einer 3D-gedruckten Wabenstruktur abzubilden.

Durch diesen technologischen Sprung zeigt der Vision O, dass die Kunststoffindustrie vor einer Transformation steht: Weg von der werkzeuggebundenen Montage komplexer Hybridbauteile hin zur funktionsintegrierten Fertigung aus einem Guss.