Der Entwicklungsprozess zeitgenössischer Personenkraftwagen hat sich in der Historie der Automobilindustrie fundamental weiterentwickelt: Digitale Lösungen, flexible Industrie-Roboter und smarte Software-Technologien prägen das Bild der Automobil-Produktion unserer heutigen Zeit.

Die Vielzahl der Entwicklungsschritte von Kraftfahrzeugen beginnt bereits bei Designstudien für Automobil-Messen. Diese Studien dienen dazu, ein neuartiges Automobil-Konzept, auch Show-Modell oder Showcar genannt, dem Messe-Publikum vorzustellen. Um bereits hier Zeit und Kosten zu sparen, gilt es, das Zusammenspiel von moderner Technik und präziser Handarbeit miteinander zu kombinieren. In abstimmungsintensiven Designstudien werden diese Synergien erfolgreich genutzt.

Konzepte und Zeichnungen – die Ausgangsbasis

Neben den individuellen Bedürfnissen entscheidet maßgeblich der erste Eindruck über den Verkaufserfolg eines Fahrzeuges. Um bei der Ideenfindung eines neuen Autos die ersten Zielvorstellungen zu visualisieren, bedienen sich die Fachabteilungen nach wie vor der klassischen Skizzen-Konstruktion. Der vorher definierte Charakter muss in der Linienführung von einfachen, zweidimensionalen Skizzen, sogenannten Daumennagel-Skizzen, berücksichtigt und bestmöglich umgesetzt werden. Aus der Entwurfssammlung werden diejenigen Zeichnungen selektiert und in Schnell-Skizzen ausgearbeitet, die den Anforderungen der Designer entsprechen.

Die Ausführung dieser Schnell-Skizzen retuschiert in Farbe und in der Größe eines DIN-A4-Blattes erfolgt durch den Einsatz von Computer-Software. Die digitale Bearbeitung erleichtert und unterstreicht die skizzenbasierte Gestaltung natürlicher Phänomene. Die Fahrzeugentwürfe erhalten dadurch einen realistischen Charakter. Ein favorisiertes Design wird schließlich bis zum maßstäblichen Modell ausgearbeitet. Die ausgewählte Karosserie erfährt die Umsetzung perspektivischer, dreidimensionaler Skizzen, die dazu dienen, einen ersten Eindruck der Gesamt-Geometrien zu erlangen. Zum ersten Mal steht hier nicht nur die reine Seitenansicht im Vordergrund, sondern vor allem die Symbiose aus Felgen, Front- und Heckbereich.

Diese Zeichnungen werden im Anschluss, beispielsweise mit der Adobe Creative Suite mittels klarer, erfassbarer Linien dargestellt. Wichtig bei dieser Art von Renderings ist, dass in allen Darstellungen (Front-, Seiten-, Heck- und Topansicht) keinerlei perspektivische Verzerrung entsteht, um den Gesamteindruck der Außen-Geometrien und -maße nicht zu verfälschen. Das Rendering dient als Basis für das noch folgende Plastilin-Modell und die dreidimensionale digitale Umsetzung.

Das Modellieren – Formfindung zwischen Roboterzellen und Handarbeit

Nach der zum Großteil manuellen Arbeit von der Konzepterstellung über Skizzen bis hin zu ausgereiften perspektivischen Zeichnungen, bekommen die Designer im Tonmodellierungs-Prozess einen ersten dreidimensionalen Eindruck. In Form eines physischen Gesamtmodells werden die Proportionen und die Linienführung des Personenkraftwagens erstmals klar ersichtlich.

Für das Clay-Modell wird zunächst ein Grundkörper aus Styrol auf Basis des Adobe-Tape-Renderings erstellt. Die verschiedenen Seitenansichten bilden die Konturen, die auf das Styrol gezeichnet und ausgeschnitten werden, sodass ein Grundkörper mit maßstabsgetreuer Länge, Breite und Höhe entsteht. Anschließend wird der Styrol-Korpus so in Form gebracht, dass er in seiner Geometrie beinahe dem gewünschten Endmodell entspricht. Diese manuellen Arbeitsschritte der Grundkörper-Erstellung können mittels robotergestützter Automation sowie moderner CAD-/CAM-Systeme deutlich vereinfacht und zeitlich verkürzt werden.

Die Roboter fräsen mit hoher Detailtreue 3-D-Geometrien mit sehr anspruchsvollen Freiformflächen aus dem Blockmaterial. Dabei ermöglicht das feinporige Styrol eine ausgesprochen ansprechende Oberflächengüte – bei dem der Basiskörper des Show-Modells durch diese Frästechnik maßstabsgetreu deutlich schneller und kosteneffizienter angefertigt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Genauigkeit beim Fräsen: Ist der Grundkörper bereits detailliert ausgearbeitet, wird weniger Clay benötigt und dieser kann direkt – auf die mittels Roboterfräse ausgeführte Form des Styrols – aufgebracht werden.

Ob Styrol-Körper oder Clay-Modelle – erzielt durch hochpräzise Roboter-Frästechnik

Nach Abschluss der Grundkörper-Erstellung folgt die Arbeit mit dem Clay – einer schwefelhaltigen Modelliermasse auf Wachsbasis, die zu 100 % recyclebar ist uns erst nach einer Erwärmung auf circa 60 °C aufgetragen werden kann. Nach dem Auskühlen bildet sie weder Haut noch Risse, somit sind eine saubere und detaillierte Darstellung der Karosserie-Oberfläche sowie die Bearbeitung durch eine Roboterlösung sehr gut möglich. Ohne den zunehmenden Einsatz von Robotik in der Industrie, dauert der Prozess der Clay-Bearbeitung deutlich länger, weil dann mittels Negativ-Schablonen, die die Silhouette der Karosserie aufzeigen, so viel von der Clay-Grundschicht wieder abgetragen werden muss, dass diese der gewünschten Form entspricht. Erst danach werden – ebenfalls in Handarbeit – Details und Konturen im Clay ausgearbeitet.

Eine moderne Automation vereinfacht und beschleunigt diesen Industrieprozess der spanenden Bearbeitung deutlich: Der maßstabsgetreue Plastilin-Körper wird mittels einer Roboterzelle bereits detailliert auf Basis der CAD-Daten vorgefräst. Bei der endgültigen Formgebung allerdings legt immer nochmal der Tonmodelleur Hand an, um letzte Feinheiten in der Kontur zu vollenden.

Digitalisierung und Prototypenbau – Fertigstellen der Designstudie

Nach der Finalisierung der Form am Clay-Modell erfolgt dessen berührungsfreie, photogrammetrische Digitalisierung. Zudem wird eine Datenoptimierung und -konvertierung der Hauptkoordinatenrichtungen in das CAD-/CAM-/CAE-System durchgeführt. Dort wird das dreidimensionale Modell konstruktiv und fertigungsgerecht umgesetzt.

Die parametrisch-assoziative Flächenrückführung bestimmter (Teile)-Geometrien einer Karosserie im Flächenverbund mit anschließender Volumenbildung stellt die aufwendigste und größte Herausforderung heutiger Designer und Ingenieure dar. Hier sind – unter Berücksichtigung der vorgegebenen Toleranzen – die gewünschten Design-Geometrien für Kurven und Flächen auszuführen. Nach einem ausführlichen Vergleich aller CAD-Daten auf ihre Genauigkeit werden noch Details – wie Scheinwerfer, Scheiben sowie der Motor und die Lenkung inklusive Felgen – ausgearbeitet.

Mittels des ‘Selektiven Lasersintern’ (SLS)-Verfahrens wird schließlich der Prototyp erstellt. Dieser wird zur Fertigstellung grundiert und geschliffen, abgeklebt und für das Oberflächenfinish lackiert. Bei großen 1:1-Modellen wird häufig auch das Plastilin-Modell direkt lackiert oder mit einer lackähnlichen Folie überzogen.

Effiziente Designstudien – mit modernen industriellen Automatisierungslösungen

Moderne Fräsroboter überzeugen im aufwendigen Designprozess von Anfang an mit ihren Individualisierungsmöglichkeiten. Dennoch bleibt die manuelle Bearbeitung bis zur Formvollendung des Produktes unverzichtbar. Der Einsatz eines Roboters ist in dem Industrieprozess genau das – eine wertvolle Unterstützung. Das Potenzial von Designstudien in der Automobilindustrie kann nur mit ‘Mensch und Maschine’ gemeinsam – Hand in Hand – voll ausgeschöpft werden.

Das Engineering- und Technologieunternehmen invenio ist der Partner für wirtschaftliche und individuelle Robotik-Lösungen mit hochpräziser Frästechnik. Erfahren Sie mehr zu unseren Robotik-Leistungen.