CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck für Gehäuse von Elektrofahrzeugbatterien: Wie wählt man die richtige Methode?

Kurz gesagt: Bei der Frage CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck von Elektrofahrzeuggehäusen geht es um die Wahl des Verfahrens: Materialabtrag oder additive Fertigung. Während die CNC-Bearbeitung eine Passgenauigkeit von ±0,008 mm ermöglicht, kann der 3D-Druck eine Passgenauigkeit von ±0,010 mm bei einer deutlich kürzeren Entwicklungszeit von 3 Tagen im Vergleich zu 6 Tagen gewährleisten.

Werkzeugkosten und Ausschussrisiko belasten das Budget für Elektrofahrzeuggehäuse, noch bevor ein einziges Teil ausgeliefert wird. Anforderungen an die Steifigkeit und die Schutzart IP67 entscheiden darüber, ob ein Projekt für ein Elektrofahrzeuggehäuse die Validierungsphase besteht. Vier Dimensionen – Toleranz, Material, Wärmeleitfähigkeit und Stückkosten – fließen in eine 4x4-Matrix und einen fünfminütigen Entscheidungsbaum ein. Beschaffungsteams treffen ihre Entscheidung im Vorfeld und vermeiden so Probleme mit Werkzeugen und unerwartete Ausschusskosten. Das Budgetteam erhält nur einen Vergleich und nicht die Angebote zweier Lieferanten.

Wichtigste Erkenntnisse

• Setzen Sie 3D-Druck für F&E-Iterationen von 1 bis 5 Einheiten mit konturnaher Kühlung ein. Die additive Fertigung produziert Teile innerhalb von 3 Tagen und senkt die Kosten in der frühen Phase um 16 %. Käufer sichern sich ihr Budget während der Design-Fixierungsphase.
• Umstellung auf CNC-Bearbeitung, falls die Passflächen eine Toleranz von ±0,008 mm erfordern. Die Serienfertigung senkt den Stückpreis von 1.280 $ auf 320 $ . Die Einkaufsmanager stellen das Budget vor der Werkzeugbewertung sicher.
• Für thermische Anwendungen und IP67-Dichtungen ist die CNC-Bearbeitung von 6061-T651 vorzusehen. Die Aluminiumlegierung bietet eine Streckgrenze von 276 MPa und eine Oberflächenrauheit (Ra) von 0,8 µm. Das 3D-gedruckte Metall muss vor der Druckprüfung nachbearbeitet werden.

Warum diesem Fertigungsvergleich vertrauen? Praktische Einblicke von LS Manufacturing

Gloria, leitende Verfahrenstechnikerin bei LS Manufacturing mit über 15 Jahren Erfahrung in der Herstellung von Präzisionsgehäusen, hat alle Abschnitte verfasst. Eine zweite Überprüfung erfolgte direkt aus der Fertigung: Der leitende Verfahrenstechniker verifizierte alle Zahlen vor der Veröffentlichung. Sehen Sie sich Glorias Entscheidungsrahmen für die Beschaffungskriterien an. Sie profitieren von zwei Prüfrunden für jede veröffentlichte Toleranz und jeden Kostenwert.

Die Toleranzangaben basieren auf den Grenz- und Passungsklassen nach ISO 286 , unddas ASM-Handbuch Band 2 liefert mechanische und thermische Werte für die Aluminiumlegierung 6061-T651. Koordinatenmessgeräte von Zeiss überprüfen jedes Dichtflächenmaß von ±0,008 mm sowie die Oberflächenrauheit der Nuten (Ra 0,8 µm). Ingenieure können jeden veröffentlichten Wert anhand einer Normquelle unabhängig überprüfen.

Die Validierung umfasst über 1.500 prozessübergreifende Tests, darunter ein 1.000-stündiger Salzsprühtest nach ASTM B117 und Vibrationsermüdungstests nach ISO 16750-3. CNC-Bearbeitung und 3D-Druck werden unter identischen Bedingungen validiert; die Wahl des Gehäusetyps basiert auf den Testergebnissen. Die Produktionsmenge dient als erstes Auswahlkriterium: Ab 35 Einheiten sichert die CNC-Bearbeitung sowohl die Stückkosten als auch die Schutzart IP67. LS Manufacturing betreibt 5-Achs-CNC- Bearbeitungszentren, industrielle 3D-Drucksysteme für Metall und technische Polymere sowie Präzisionsblechbearbeitungslinien im eigenen Haus. Daher basiert dieser Vergleich auf Prozessmerkmalen und nicht auf einer bevorzugten Fertigungsmethode.

Kurzübersicht: 4×4 Engineering-Vergleichsmatrix

CNC-Bearbeitung und 3D-Druck unterscheiden sich in vier Schlüsselbereichen der Herstellung von Gehäusen für Elektrofahrzeugbatterien. Alle nachfolgenden Vergleiche basieren auf branchenüblichen Prüfstandards und realen Produktionsbedingungen. Käufer erhalten technische und wirtschaftliche Vergleichszahlen für Gehäuse für Elektrofahrzeugbatterien.

Bei weniger als 35 Teilen punktet der 3D-Druck hinsichtlich Zykluszeit und geometrischer Komplexität; bei mehr als 35 Teilen ist die CNC-Bearbeitung hinsichtlich Toleranzkonstanz, Dichtungsleistung und Kosten pro Stück überlegen.

Abbildung 1: Durch 3D-Druck wird das Gehäuse leichter gestaltet, indem Gitterwände aufgebaut werden, während beim CNC-Schneiden 6061-T651-Rohmaterial mit einer Rauheit von Ra 0,8 μm abgetragen wird.

Welches Verfahren liefert engere Toleranzen für Gehäuse?

Die CNC-Bearbeitung bietet die engsten Toleranzbereiche für EV-Gehäuse, da sie eine Toleranz von ±0,008 mm an den Passflächen und Zellenbefestigungslöchern gewährleistet. Stetige Werkzeugwege und die Kalibrierung des Messtasters an der Maschine garantieren, dass das Toleranzfenster gemäß den Passungsklassen nach ISO 286-1:2010 eingehalten wird. Das Pulverbett-Sintern des Rahmens führt zu höheren Toleranzen, da die Wärme nicht gleichmäßig verteilt wird, wodurch Leckagen an den Hochspannungsdichtungen ausgeschlossen werden.

Starres Schneiden und Tastkopfkalibrierung an Passflächen

Die Kombination aus präziser Bearbeitung und maschinenintegrierter Messtechnik gewährleistet eine Genauigkeit der Bohrungen von ±0,003 mm . Die Rückmeldung der maschinenintegrierten Messtechnik kompensiert den Werkzeugverschleiß zwischen den Bohrungen und sorgt so dafür, dass alle Bohrungen im Ultrapräzisionsbereich von 0,002–0,005 mm bleiben. Jede Bohrung wird vor dem Versand mit einer Zeiss-Koordinatenmessmaschine (KMM) geprüft.

1. Die simultane 5-Achs-Bearbeitung ermöglicht den Zugang zu Dichtungsnuten in einer einzigen Aufspannung.
2. Die maschineninterne Messtasterkalibrierung kalibriert den Bohrungsbezugspunkt nach jedem Fertigschnitt neu.

Bei der Entwicklung von EV-Gehäusen mittels CNC-Fräsen im Vergleich zu 3D-Druck kommt es vor allem auf die Bohrungsreferenz an. Eine 3-Achs-Fräsmaschine kann die durch den 3D-Druck entstandenen Abweichungen nicht korrigieren, da sich die Referenz nach jedem Spannungsarmglühen verändert.

Driftquellen an den Gehäuserahmen von Pulverbettanlagen

Rahmen aus PBF-LB/M-Technologie (Laser-Pulverbettfusion von Metallen) weisen Toleranzen im Bereich von ±0,010–0,050 mm auf, die aufgrund unterschiedlicher Sintertemperaturen und der Biegung langer Abschnitte deutlich über dem Bereich von 0,005–0,01 mm liegen. Bei der Auswahl von Gehäusen für Elektrofahrzeugbatterien sollte die Toleranz der Schichtaufbauten berücksichtigt werden.

• Bewahren Sie gedruckte Teile für konturnahe Kühlkanäle auf.
• Wann man CNC für EV-Teile wählen sollte : Verwenden Sie den Fertigschnitt nach dem Aufbringen der IP67-Versiegelung auf eine Oberfläche.

Maßnahmen

1. Toleranzen an den Passflächen gemäß 8-Mikron-Toleranzband ; die strengeren Toleranzen erfordern zusätzliche Bearbeitungszeit.
2. Bitte fragen Sie nach der Ausrichtung des Sinterprozesses, bevor Sie ein Angebot für bedruckte Gehäuserahmen abgeben.

Datenquelle und Vergleichsmaßstab: ISO 286-1:2010 Grenz- und Passungsnorm und Zeiss CMM-Koordinatenmessmaschinen-Kalibrierungsbericht zum räumlichen Anzeigefehler.

Wie unterscheiden sich die thermischen Eigenschaften von CNC- und 3D-Druckverfahren?

Geschmiedetes Aluminium 6061-T651 besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von 167 W/(m·K), während gedrucktes AlSi10Mg nur 120 W/(m·K) aufweist. Dank des isotropen Faserverlaufs im geschmiedeten Rohling bleibt in Ihren flüssigkeitsgekühlten Trays ausreichend Spielraum für ein mögliches thermisches Durchgehen der Zellen aufgrund der seitlichen Wärmeleitung. Die Ladegeschwindigkeit wird durch Ihre Kühlleistung begrenzt.

Isotropische Leitfähigkeit in geschmiedeten 6061-T651-Trays

Geschmiedete Rohlinge aus 6061-T651 weisen eine Wärmeleitfähigkeit von 167 W/(m·K) und eine Streckgrenze von 276 MPa in alle Richtungen auf. Die massiven Rohlinge gewährleisten eine durchgängige Wärmeleitung über die gesamte Oberfläche des Trägers und verhindern so eine lokale Überhitzung der Zellenspitzen.

• Die Kornstruktur der gewalzten Legierung gewährleistet, dass keine Porosität vorliegt, welche die Leitfähigkeit quer zur Ebene behindert.
• Die Ebenheit der gefrästen Trägeroberfläche gewährleistet den Kontakt des Spaltpads unter dem Klemmdruck des Moduls.
• Wärmemanagement: Die Überlegungen zur CNC-Bearbeitung im Vergleich zum 3D-Druck beginnen mit der Leitfähigkeitsausrichtung.

Die CNC-Bearbeitung von Aluminium wandelt die Leitfähigkeit in eine bekannte Packungstemperatur um. Das ASM Handbook Vol. 2 (1990) beschreibt die Werte für Knetlegierungen.

Rauheitsstrafen innerhalb gedruckter Mikrokanäle

AlSi10Mg wird mit 120 W/(m·K) gedruckt und weist eine Streckgrenze von 195 MPa auf. Mit Laser-Pulverbettfusion hergestellte konturierte Kanäle lassen sich aufgrund der Unmöglichkeit, geradlinige Werkzeugwege innerhalb der Kurven im Inneren der Bauteile zu realisieren, nicht mit einer 3-Achs-CNC-Maschine bearbeiten. Beim Abdichten der Kanäle spielen die Unterschiede zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck eine Rolle für das Wärmemanagement .

1. Die Wandrauheit im Druckzustand beträgt 6,3 Mikrometer.
2. Die Endbearbeitung sollte vor dem Druckabfalltest erfolgen.

Die Auswahl des Gehäuses für Elektrofahrzeugbatterien hängt stärker vom Strömungswiderstand als von der Verfügbarkeit bestimmter Formen ab. CNC-gefräste Batterieträger bieten eine thermische Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit von Ra 0,4 Mikrometern. Vereinfacht gesagt: Bedruckte Wände geben die Form vor, der gefräste Boden sorgt für die Wärme.

Fazit

• Fordern Sie bei der Angebotserstellung Zertifikate über die Wärmeleitfähigkeit im stationären Zustand für alle Chargen von 6061-T651 an.
• Entwickeln Sie Modelle für die Hotspots der Spitzenentladung, bevor Sie das Material für die Träger auswählen.

Datenquelle und Vergleichsgrundlage: ASM Handbook Vol.2, Kapitel über die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumknetlegierungen und gemessene Wärmeleitfähigkeitsprüfung im stationären Zustand.

Abbildung 2: CNC-Bearbeitung von EV-Batterieträgern entfernt 6061-T651-Späne unter Kühlmittel, während ein Bearbeitungskopf AlSi10Mg-Schichten stapelt.

Was beeinflusst die Kosten von Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge in Abhängigkeit von der Baugröße?

Die Stückkosten richten sich nach der Menge und nicht nach der Prozesskapazität – ab 35 Stück wird vom Drucken zum Schneiden die kostengünstigere Methode gewählt. Programmierung und Einrichtung sind in den ersten Angeboten enthalten, die Kosten für die Gehäuse der EV-Batterien sinken jedoch mit steigender Stückzahl. Der Kunde profitiert von einer Kostenersparnis von 26,5 % pro Stück, sobald die kritische Menge überschritten wird.

Feste Programmierkosten innerhalb der ersten Angebote

Die Programmierkosten und die Erstmusterprüfung (erster Programmtest für Teil eins) bestimmen die ersten Kostenvoranschläge für den Zuschnitt. Der Druckvorgang kommt ohne Werkzeuge aus und kostet 860 US-Dollar pro ein bis fünf Teile.

Die Kosten des Programms für eine einmalige Durchführung sinken pro Einheit bei steigendem Volumen.

1. Bewährte Methoden zum Schneiden von Programmen funktionieren mehrere Stunden lang selbstständig.
2. Knüppelmaterial ist pro kg günstiger als gaszerstäubtes Pulver (rund) .

Die CNC-Fertigung in großen Stückzahlen senkt die Fixkosten pro Einheit. Dank der allgemeinen Toleranzen nach ISO 2768-1:1989 für nicht kritische Maße entfällt die Nachbearbeitung. Ihre Bestellung von 100 Stück kostet somit nur noch etwa ein Viertel der ursprünglichen Kostenschätzung.

Lineare Laserstunden- und Pulverkosten bei additiven Fertigungsverfahren

Die Kosten pro Laserstunde und pro Pulverrechnung bleiben für jede zusätzliche Einheit linear.

Wann man CNC-Maschinen für Elektrofahrzeugteile wählen sollte : Ab 35 Einheiten kehrt sich das Verhältnis um. Die Auswahl des Batteriegehäuses während der Pilotphase ist dem 3D-Druck nach Überschreiten dieser Schwelle vorzuziehen.

Wann ist der 3D-Druck der CNC-Technik in puncto Prototyping-Geschwindigkeit überlegen?

Schnellere Konzeptprüfungen für ein bis drei Einheiten: 72 Stunden gegenüber 6 Tagen bei der maschinellen Bearbeitung. Sowohl Metall- als auch Nylonteile werden direkt aus der CAD-Datei gefertigt, die Routenprüfungen können bereits vor Abschluss der Vorrichtungskonstruktion beginnen. Bei mehr als 100 Einheiten verlangsamt sich der Pulverbett-Aufbau; der 26-tägige Aufbau- und Entpulverungszyklus liegt nach 14 Tagen bei mehrachsigen Bearbeitungen an zweiter Stelle.

Die Prototypenfertigung von EV-Batteriegehäusen im A-Muster-Stadium gelingt am besten mit 3D-gedruckten Nylon- oder Metallgehäusen . Pulverbett-Bauteile werden direkt aus der CAD-Geometrie gefertigt, ohne dass Stanz- und Wendeprozesse oder erneutes Spannen erforderlich sind. Beim Pulverbett-Schmelzen werden keine Vorrichtungen, Stanzteile oder Werkzeugbibliotheken benötigt; die Auslieferung des ersten Teils entfällt vollständig ohne Werkzeugvorbereitung.

1. Die Prototypen der Kühlmittelleitungen werden vor der Festlegung der Architektur geliefert.
2. Der Abstand des HV-Anschlusses wird physisch überprüft.

Durch die Gewichtsreduzierung des Gehäuses mittels 3D-Druck können Sie verschiedene Wandstärkenvarianten vor dem Crashtest bewerten. Bitte fragen Sie in der Checkliste für CNC-Bearbeitungsanfragen weiterhin nach den Lieferzeiten für 3 und 100 Einheiten.

Planumkehr im Pilot-Chargenmaßstab

Die Fertigungszeit für EV-Gehäuse im Vergleich zur CNC-Bearbeitung hängt von der Stückzahl, nicht von der Komplexität des Bauteils ab. Die Pulverbettfertigung dauert 26 Tage für 100 Einheiten, da mehrere Bauplatten benötigt werden. Schneidlinien verarbeiten die gleiche Materialmenge in 14 Tagen.

• Drucken Sie A-Mustergehäuse aus Nylon zur Freigabe der Verpackung.
• Sobald sich die Bezugspunkte stabilisiert haben, werden die Teile der B-Probe in den Schneidprozess überführt.

Die CNC-Oberflächenbearbeitung beseitigt die Rauheit nach dem Druckvorgang und bereitet die Teile für die Dichtigkeitsprüfung vor. Die Konstruktion der Vorrichtung und die Optimierung der Werkzeugwege verhindern, dass 3-Achs-Fräsmaschinen so schnell arbeiten können wie die gedruckten Muster. Der Kundenterminplan sieht vor, dass Nylon frühzeitig gedruckt und Aluminium erst ab dem B-Muster zugeschnitten wird.

Pilot-Batch-Regeln

1. Fordern Sie Kostenvoranschläge für frühe Konzeptgehäuse ohne Einbauten an.
2. Schätzung der Entpulverungszeit pro Einheit im Vergleich zum Stundensatz vor der B-Proben-Zusage.

Abbildung 3: CNC vs. 3D-Druck: Prototyping von EV-Gehäusen – Metall wird mit Funken geformt, während Pulver ein Nylongehäuse bildet.

Welches Verfahren bietet überlegene strukturelle Steifigkeit und Crashsicherheit?

Die Herstellung aus einem massiven Block übernimmt den Crashschutz: Die monolithische Aluminiumwanne aus 6061-T651 bietet 100 % Innendichte, während das gedruckte Aluminium schichtweise anisotrope Eigenschaften aufweist. Der geschmiedete Block verteilt die Aufprallkräfte über die gesamte Faserstruktur und schützt so Ihr Gepäck bei Kratzern durch Seitenpfosten und Unterboden. Zugversuche auf MatWeb ergaben eine minimale Streckgrenze von 276 MPa (0,2 % Dehnung).

Kontinuierliche Kornstruktur in monolithischen Schalen

Monolithische 6061-T651-Rohlinge eliminieren innere Porosität vor dem Zuschnitt. Die Aufprallenergie im Bereich von mehreren zehn kN wird durch intakte Körner übertragen und verhindert so das Zusammenbrechen der Zellen. CNC-gefräste Batterieträger für Elektrofahrzeuge finden breite Anwendung im strukturellen Unterbodenbereich.

• Ununterbrochene Körner verhindern Porosität, bevor Risse entstehen.
• Kratzkräfte am Unterboden beeinträchtigen den gesamten Ladeflächenboden.
• Die CNC-Dünnwandbearbeitung ermöglicht die Herstellung von 2-3 mm Rippen ohne Vibrationen.

Durch die erzwungene Faserströmung wird eine gleichbleibende Streckgrenze in allen drei Richtungen gewährleistet. Anders ausgedrückt: Das Metall ist strukturell fest, während beim Drucken die Masseneffizienz gesteigert wird.

Anisotropie- und Porositätsrisiken in gedrucktem Metall

Bauteile aus dem Laser-Pulverbettverfahren weisen Festigkeitsunterschiede in der XY-Ebene und der Z-Achse auf. Porosität in den gedruckten Metallwänden führt aufgrund von Gehäusevibrationen zu Ermüdungsrissen. Leichtbauweise mittels 3D-Druck ist weiterhin für nichttragende Anwendungen geeignet.

1. Bedrucktes Metall muss aus allen primären Lastpfaden entfernt werden.
2. Bei der Auswahl von Gehäusen für EV-Batterien sollte gedrucktes Metall nur bei Ausschnitten auf Deckelebene verwendet werden.
3. Die CT-Porositätswerte in der Nähe der Zelle müssen begrenzt werden.

Bei zyklischen Belastungen des Chassis versagen die Bindungen in Z-Richtung im gedruckten Metall zuerst; gefrästes Rohmaterial weist keine Schwachstelle auf. Konstruktionsfehler bei der CNC-Bearbeitung beginnen typischerweise bei der Festlegung der Lastpfade für das gedruckte Metall.

Crash-Duty-Regeln

• Geschmiedeter Rohling mit Werkszertifikaten für jede tragende Platte.
• Die Stoßfestigkeit wurde vor der PV-Abnahme gemäß ISO 16750-3:2012 Schwingungsprofilen zertifiziert.

Datenquelle und Vergleichswert: MatWeb-Datenbank 6061-T651 Spezifikation für die mechanische Zugbruchgrenze von Schmiedeteilen.

Entscheidungsbaum für die Herstellung von Gehäusen für Elektrofahrzeugbatterien

Jedes Gehäuse für einen Elektrofahrzeug-Akku durchläuft fünf aufeinanderfolgende Prüfschritte, um in einen festgelegten Fertigungsablauf zu gelangen: Geometrie, Oberflächenbeschaffenheit der Dichtfläche, Chargennummer, Passungsklasse und Lieferzeitraum. Programmplaner und Einkaufsverantwortliche erhalten so einen transparenten Fertigungsablauf, ohne auf Annahmen der Lieferanten angewiesen zu sein. Lieferzeiten unter 72 Stunden sind das letzte Unterscheidungskriterium. Hybridlösungen kombinieren das Drucken eines Kanalkerns mit dem Fräsen einer Dichtfläche.

Geometrie und Dichtflächentore

Eine konforme Geometrie (interne Kanäle entlang der Zellform) sendet ein Programm an Gate 2. Soll die Oberfläche eine Rillenstruktur (Ra 0,8 μm oder feiner) aufweisen, ist eine Kombination aus gedrucktem Kanalkern und gefräster Dichtfläche erforderlich. Gröbere Wandoberflächen können vollständig gedruckt werden.

1. Die Kanalgeometrie sollte vor der Angebotsanfrage hervorgehoben werden.
2. Die Rillenstruktur festlegen und mit einem Mitutoyo Surftest SJ-210 Rauheitsmessgerät überprüfen.
3. Die Anwendungsbereiche der CNC-Bearbeitung umfassen hybride und reine Schneidverfahren.

3-Achs-CNC-Maschinen können keine konformen Innenkanäle herstellen, da sie sich nur entlang einer Achse bewegen können.

Volumen, Passformklasse und Auslieferungsorte

Losgrößen ab 35 Stück werden dem Hochgeschwindigkeitsschnitt zugeführt.

• Bitte prüfen Sie die Losgröße, bevor Sie ein Angebot für zwei Lose abgeben.
• Die CNC-Kleinserienbearbeitung umfasst bis zu 35 Stück.
• Schauen Sie sich die Werkzeuge für den Hochdruck-Druckguss (schnell eingespritztes flüssiges Aluminium) für 500 Stück an.

Routensperraktionen

1. Bei den gedruckten Passflächen sollte ein Bearbeitungsaufmaß von 1,5 bis 2,0 mm berücksichtigt werden.
2. Die Werkzeugprüfung für den Druckguss erfolgt bei 500 Stück, nicht bei 100 Stück.

Abbildung 4: CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck: Die Bearbeitung eines EV-Gehäuses schneidet 6061-T651 unter Kühlmittel, während eine Düse Polymerschichten extrudiert.

LS Manufacturing: CNC-Bearbeitung vs. 3D-Druck für Gehäuse von Elektrofahrzeugbatterien: Optimierung von Toleranzen und Wärmedichtung.

Die präzise CNC-Bearbeitung des Rohmaterials 6061-T651 löste Probleme mit thermischem Verzug und Dichtungsleckagen in großen Gehäusen für Elektrofahrzeugbatterien. Durch die Umstellung des Fertigungsprozesses konnten die Kosten pro Gehäuse bei einer Charge von 40 Einheiten um 26,5 % gesenkt werden. Prüfberichte von Drittanbietern bestätigten die IP67-Dichtheit und die Einhaltung der Norm AS9100D. Das Einkaufsteam konnte das Budget des Pilotprojekts einhalten, ohne neue Werkzeugkosten beschaffen zu müssen. Die Ziele hinsichtlich Crashsicherheit und Gewichtsreduzierung wurden trotz der Prozessumstellung erreicht.

Herausforderung für den Kunden

Für das Programm für leichte Nutzfahrzeuge wurde ein einteiliges, flüssigkeitsgekühltes Gehäuse mit einer Länge von 950 mm benötigt. Die im SLS-Verfahren (Selektives Lasersintern) hergestellten Trays wiesen einen Gesamtverzug von 0,45 mm auf. Die Wände der Dichtungsnuten waren 6,3 μm dick ; Druckprüfungen mit 0,3 MPa zeigten erhebliche Leckagen. Das Budget für die Pilotphase überstieg die veranschlagten 860 US-Dollar pro Tray; die für die Validierung vorgesehenen 22 Tage für den additiven Fertigungsprozess waren zu knapp bemessen.

Technische Lösung

Die Prüfgremien verlegten alle Gehäuse auf Rohlinge aus Luftfahrtaluminium. Die Verformungen beim Probeschnitt betrugen 0,12 mm in der Feldmitte, da die 2,5 mm starken Wände Restspannungen abbauten. Eine sekundäre künstliche Alterung sicherte die Rohlinge. Die Verfahrenstechniker von LS Manufacturing ersetzten die starre Spannvorrichtung durch eine Mehrpunkt-Vakuumabsaugung. Der Werkzeugüberhang reduzierte sich durch mehrstufiges Schneiden mit geringer Schnitttiefe von 85 mm auf 45 mm .

Ergebnisse und Wert

Die Kosten pro Tray beliefen sich nach der Umstrukturierung auf 420 US-Dollar. Die Dichtflächen wiesen geometrische Toleranzen von ±0,008 mm bei einer Oberflächenrauheit von Ra 0,8 µm auf. Die Fehlerquote wurde von 12,5 % auf 1,8 % reduziert. Die Lieferzeit für die Charge verkürzte sich auf 14 Tage, was einer Zeitersparnis von 36,3 % gegenüber den geplanten additiven Fertigungsverfahren entspricht. Die Prüfungen nach ISO 16750-3 ( Schwingungsermüdung) und ASTM B117 (1000 Stunden Salznebeltest) wurden bestanden. Die Bewertung von CNC-Bearbeitung versus 3D-Druck bestätigte die Fertigung von über 35 Einheiten.

„Werkzeugloses Drucken war kostengünstiger, bis die Druckprüfung fehlschlug. Die aus 6061-T651 gefrästen Trays waren in PV-Baugruppen nach IP67 dichtheitsgeschützt.“ – Leiter der mechanischen Konstruktion, Programm für leichte Nutzfahrzeuge mit neuer Energieversorgung, Projekt Nr. AUTO-2026-041A

Datenquelle und Benchmark: LS Manufacturing prozessübergreifende Messdatenbank, Projekt #AUTO-2026-041A (CNC-Route) und #AUTO-2026-041B (3D-Druck-Route), Stichprobengröße >1.500.

Häufig gestellte Fragen

1. Welches Verfahren erzielt eine bessere IP67-Abdichtung für Batteriegehäuse?

Die Dichtungsnuten werden mit einer Oberflächenrauheit von 0,8 Mikron und einer Toleranz von ±0,008 mm gefertigt, um vor der Montage jegliche Leckagequellen abzudichten. 3D-gedruckte Wände erfassen Zwischenschichtporositäten, die sich unter Druckbelastung ausdehnen. Da die Nutbezugspunkte eindeutig definiert sind, bestehen die Prüfteams die IP67-Prüfungen bereits beim ersten Versuch.

Datenquelle: ASME Y14.5-2018 Norm für geometrische Bemaßung und Tolerierung (GD&T) und Normen für die Druckprüfung der Luftdichtheit in Maschinen.

2. Wo liegt der Kosten-Break-Even-Punkt zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck?

Die Kostenparität liegt bei 35 Einheiten, wobei die Entwicklungskosten durch den Druck um 16,0 % pro Einheit sinken. LS Manufacturing amortisiert die Rüstzeiten nach Erreichen der Gewinnschwelle und erzielt so bei 100 Einheiten eine Kostenreduktion von 52,9 % . Die Einkäufer legen den Stückpreis vor Produktionsbeginn fest, und die Dokumentation gemäß ISO 9001:2015 erfasst jede Angebotsposition.

Datenquelle: Empirische Datenbank von LS Manufacturing 2025–2026, die alle Prozesse abdeckt, einschließlich der Projekte #AUTO-2026-041A (CNC-Verfahren) und #AUTO-2026-041B (3D-Druckverfahren).

3. Kann der 3D-Druck die CNC-Bearbeitung für dünnwandige Aluminium-Kühlbleche ersetzen?

Metallische 3D-Drucke können das Zuschneiden von tragenden Trägern mit 2,5 mm Wandstärke nicht ersetzen, da Restwärmespannungen die dünnen Wände verbiegen. Mikro-konforme Kanalkerne lassen sich drucken, während thermische Flächen und Lastrahmen eine Feinbearbeitung erfordern, um eine Streckgrenze von 276 MPa zu erreichen. Die Montage erfolgt mit geraden Montageflächen, und die Vorgaben nach ASME Y14.5-2018 trennen bearbeitete Bezugspunkte von der gedruckten Geometrie.

4. Wie verhält sich die Maßgenauigkeit beider Methoden?

Gefräste Chargen weisen eine Wiederholgenauigkeit von 3 Mikrometern auf, während gedruckte Strukturen über längere Strecken bis zu 10 Mikrometer erreichen können. Mehrschichtiges Laserscanning führt zu thermischer Drift; die Bearbeitung bei konstanter Temperatur eliminiert diese akkumulierten Fehler in jeder Charge. Die Gehäusemontagelinie des OEM erfordert keine Unterlegscheiben, und für die übrigen Teile gelten die allgemeinen Toleranzen gemäß ISO 2768-1:1989.

Datenquelle: Zeiss CMM-Abnahmeprotokolle zur räumlichen Messgenauigkeit.

5. Wie kann man schnell zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck für den Akku entscheiden?

Zwei Kontrollmechanismen steuern die Materialbeschaffung: Stichproben von fünf Teilen mit Passtoleranzen unter 0,01 mm werden zum Drucken freigegeben. Chargen ab 35 Stück werden zugeschnitten und führen Dichtflächen mit einer Präzision von 8 Mikrometern durch. Werden zunächst Alternativen ohne Werkzeugeinsatz in Betracht gezogen, verkürzt sich die Bearbeitungszeit, und für die Prozesskontrolle nach AS9100D werden Präzisions-CNC-Bearbeitungsdienstleistungen eingesetzt.

6. Warum wird die CNC-Bearbeitung von 6061-T651 für strukturelle Crash-Trays bevorzugt?

Geschmiedetes 6061-T651-Material weist hochgradig ausgerichtete Faserverläufe auf, wodurch das Zug- und Schlagverhalten in alle Richtungen garantiert 100 % gleich bleibt. Metallgitterstrukturen brechen bei schneller Belastung entlang der Z-Achse. Die Garantie bleibt auch bei Unfällen erhalten, und die Ermüdungsdaten für geschmiedetes Aluminium gemäß ASM Handbook Volume 2 bestätigen die Materialwahl.

Datenquelle: ASM Handbook Vol.2, Ermüdungsparameter für Knetlegierungen aus Aluminium.

Zusammenfassung

Die Prozessübereinstimmung, nicht die Rangfolge, entscheidet über den Erfolg von Gehäusen bei EV-Batterieprojekten. Additive Fertigungsverfahren bieten topologische Freiheit während der flexiblen Designprozesse, während die Mehrachsenbearbeitung die Dichtwirkung auch unter struktureller Belastung gewährleistet. Das Investitionsbudget ist gesichert, wenn Routenwechsel erst nach Erreichen der Serienproduktion erfolgen.

Senden Sie Ihre 3D/2D-Konstruktionsdateien an info@lsrpt.com oder kontaktieren Sie die leitenden Ingenieure von LS Manufacturing unter +86 185 6675 9667 , um innerhalb von 2 Stunden einen kostenlosen Prozessablaufvergleich und eine DFM-Analyse zu erhalten.