Bauteilkonsolidierung: wann das Zusammenfassen von Teilen sinnvoll ist

Bauteilkonsolidierung bedeutet, dass mehrere separate Teile, die früher durch Schrauben, Schweißen oder Kleben verbunden werden mussten, als ein Bauteil konstruiert und gefertigt werden. Die additive Fertigung macht das möglich, weil sie weder vom Werkzeugzugang noch von der Entformbarkeit des Bauteils abhängt.

Der Gewinn ist nicht nur eine kürzere Montage. Es gibt weniger Verbindungsstellen, die versagen können, weniger Lieferanten, weniger Transport und weniger Lagerbestand, und das Bauteil ist oft leichter. So bringt BMW ab 2027 einen Mittelkonsolenträger in die Serienfertigung, der aus einem Teil statt aus sieben besteht und 30 Prozent leichter ist.

Konsolidierung ist nicht immer eine gute Idee. Wenn die Baugruppe unterschiedliche Werkstoffe kombinieren muss, Teile enthält, die verschleißen und ausgetauscht werden, oder bereits kostengünstig und zuverlässig funktioniert, bringt das Zusammenfassen von Teilen zusätzliches Risiko und Qualifizierungskosten ohne echten Nutzen. Die Entscheidung geht von den Gesamtbetriebskosten aus, nicht davon, ob das Zusammenfassen technisch möglich ist.

Warum Baugruppen überhaupt geteilt werden

Die konventionelle Fertigung zwingt aus sehr praktischen Gründen zur Aufteilung in Einzelteile. Die CNC-Bearbeitung erreicht innere Hohlräume nicht ohne Werkzeugzugang. Gießen erfordert, dass das Bauteil aus der Form entnommen werden kann, was die Geometrie einschränkt. Eine Baugruppe aus mehreren Teilen erleichtert außerdem die Reparatur, weil ein ausgefallenes Element einzeln ersetzt wird, ohne die ganze Baugruppe zu verschrotten.

Die additive Fertigung beseitigt die ersten beiden Einschränkungen, weil sie Schicht für Schicht aufbaut. Das eröffnet die Möglichkeit, eine Baugruppe, die nur aus fertigungstechnischen Gründen geteilt wurde, wieder zu einem Bauteil zusammenzufassen. Der dritte Grund, die Reparatur, bleibt bestehen und muss gesondert entschieden werden.

Was Konsolidierung bringt

Weniger Stellen, an denen etwas versagen kann. Jede Verbindung, ob Schraube, Schweißnaht oder Klebeverbindung, ist eine Stelle, an der Ermüdung, Korrosion, Lockern oder Undichtigkeit auftreten können. Weniger Verbindungen bedeuten weniger Stellen, an denen etwas schiefgehen kann.

Niedrigere Gesamtkosten, nicht nur kürzere Montage. Die Einsparung an Montagezeit ist nur ein Teil der Rechnung. Wenn eine Baugruppe aus sieben Teilen CNC-Bearbeitung, Blechbearbeitung und Schweißen erfordert, von drei Lieferanten kommt und dann transportiert, gelagert und erst danach montiert wird, übersteigt die Summe dieser Kosten oft den Preis eines gedruckten Bauteils, das fertig ankommt.

BMW ist ein gutes Beispiel. Der Mittelkonsolenträger für eines seiner Fahrzeuge, der 2027 in die Serienfertigung geht, wird im großformatigen robotergestützten Druck aus Granulat gefertigt, aus PA11 mit 40 Prozent recycelter Kohlenstofffaser. Eine konventionelle Baugruppe aus sieben Spritzguss- und Blechteilen wird durch ein Bauteil ersetzt. Es integriert außerdem Luftkanäle, für die sonst ein separates Spritzgießwerkzeug nötig wäre. Das Bauteil ist 30 Prozent leichter, der Druck dauert 3 Stunden und 40 Minuten, und geplant sind etwa 18.000 Stück pro Jahr.

Geringere Masse. Verbindungselemente, Flansche und zusätzliches Material für das Fügen werden schlicht nicht mitkonstruiert. Das ist besonders in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbau wertvoll, wo jedes Gramm seinen Preis hat.

Funktionsintegration. Den größten Effekt sieht man bei Bauteilen mit inneren Kanälen, etwa Hydraulikblöcken. In einem konventionellen Hydraulikblock werden die Kanäle geradlinig gebohrt, Hilfsbohrungen mit Stopfen verschlossen, und die Ventile sitzen in separaten Gehäusen. In einem gedruckten Hydraulikblock können die Kanäle dem kürzesten Weg folgen, ohne scharfe Ecken und ohne Stopfen.

Das Fahrwerksbeispiel zeigt auch die andere Seite: Die Gewichtseinsparung ist real, aber das Bauteil musste eine vollständige Reihe von Qualifizierungsprüfungen bestehen, und die Autoren weisen darauf hin, dass die Ermüdung bei solchen Bauteilen weiterhin die zentrale offene Frage ist.

Wann Konsolidierung keine gute Idee ist

Konsolidierung ist keine universelle Lösung, und hier werden die meisten Fehler gemacht.

Die Baugruppe braucht unterschiedliche Werkstoffe. Wenn ein Teil steif und ein anderes flexibel sein muss, oder eines verschleißfest und ein anderes leicht, kann das Zusammenfassen zu einem Bauteil aus einem Werkstoff opfern, was die einzelnen Teile jeweils in ihrer eigenen Rolle geleistet haben.

Die Baugruppe hat Teile, die verschleißen oder sich bewegen. Dichtungen, Lager, Federn und bewegliche Elemente werden häufiger ersetzt als der Rest der Baugruppe. Werden sie mit der tragenden Struktur verschmolzen, wird aus dem Austausch eines Verschleißteils der Austausch des ganzen Bauteils.

Die Baugruppe funktioniert bereits kostengünstig und zuverlässig. Konsolidierung um ihrer selbst willen bringt zusätzliches Risiko und die Kosten der Qualifizierung eines neuen Bauteils, ohne echten Nutzen.

Das Innere lässt sich nicht prüfen. Beim Metalldruck im Pulverbett müssen innere Kanäle von Pulver befreit und geprüft werden, oft mit industrieller CT. Ist das nicht möglich, trägt das konsolidierte Bauteil ein Risiko, das die Baugruppe aus separaten Teilen nicht hatte.

Die Qualifizierung kostet mehr als die Einsparung. Ein neues konsolidiertes Bauteil ist ein neues Bauteil. Für Bauteile in regulierten Branchen bedeutet das eine neue Qualifizierung, worüber ich in Wie ein einzelnes Bauteil für die Serienfertigung qualifiziert wird geschrieben habe.

Die Instandhaltung hat zwei Seiten

Eine Baugruppe aus mehreren Teilen erleichtert die Reparatur einer großen und teuren Baugruppe, weil nur das ausgefallene Teil ersetzt wird. Bei kleinen Baugruppen gilt das Gegenteil. Das Teil selbst ist billig, der Service aber nicht, denn je kleiner das Teil, desto mehr kosten Demontage- und Montagestunden im Verhältnis zu seinem Preis. Eine fertige Unterbaugruppe zu tauschen ist für einen Techniker schneller und billiger, als zu suchen, welches von sieben kleinen Teilen ausgefallen ist.

Deshalb ist das Ziel nicht, alles zusammenzufassen, sondern die Unterbaugruppen zu erkennen, bei denen das Zusammenfassen sinnvoll ist. Niemand muss eine ganze Maschine als ein Bauteil drucken.

Kleine Baugruppen: Scharniere faltbarer Smartphones

Die additive Fertigung hält auch Einzug in Baugruppen, die so klein und so hoch belastet sind, dass jeder Millimeter zählt. Beim Find N5, vorgestellt im Februar 2025, fertigte OPPO die Scharnierabdeckung und die Platte, die das Scharnier mit dem Display verbindet, im Druck aus der Titanlegierung Grade 5. Das trug zu einer Dicke im zusammengeklappten Zustand von nur 8,93 Millimetern bei.

Das ist keine klassische Konsolidierung von sieben Teilen zu einem, sondern die Integration mehrerer Funktionen in weniger, dünnere und festere Teile. Die meisten Scharnierteile werden weiterhin im Metallpulverspritzguss (MIM) und durch spanende Bearbeitung gefertigt. Der Druck wird dort eingesetzt, wo er etwas bietet, das diese Verfahren nicht können, und genau das ist die Logik guter Konsolidierung.

Wie die Entscheidung getroffen wird

Die Entscheidung muss von realen Kosten und Risiken ausgehen, nicht davon, ob das Zusammenfassen technisch möglich ist.

Dies ist nur eine Dimension des breiteren DfAM-Ansatzes, der Konstruktion für die additive Fertigung: wo das Bauteil wirklich Last trägt und wo es Spielraum gibt, Geometrie und Fertigung zu vereinfachen. Wenn Sie eine Baugruppe haben, die ein Kandidat für das Zusammenfassen ist, ist das genau eine Frage für eine Produktionsanalyse.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Bauteilkonsolidierung? Die Konstruktion und Fertigung mehrerer Teile, die früher durch Schrauben, Schweißen oder Kleben verbunden waren, als ein Bauteil. Meist geschieht das durch additive Fertigung, weil sie weder vom Werkzeugzugang noch von der Entformbarkeit des Bauteils abhängt.

Wie viel kann Konsolidierung einsparen? Das hängt von der Baugruppe ab. BMW reduzierte einen Mittelkonsolenträger von sieben Teilen auf eines und senkte seine Masse um 30 Prozent, und Aidro reduzierte einen Hydraulikblock von 194 auf 42 Teile und halbierte Masse und Größe. Die Einsparung entsteht durch weniger Einkauf, Transport, Lagerbestand und Montage, nicht nur durch die Fertigungskosten des Bauteils.

Wann sollten Teile nicht zusammengefasst werden? Wenn die Baugruppe unterschiedliche Werkstoffe braucht, wenn sie Teile hat, die verschleißen und regelmäßig ersetzt werden, wenn sich das Innere des neuen Bauteils nicht prüfen lässt und wenn die Baugruppe bereits kostengünstig und zuverlässig funktioniert.

Erschwert Konsolidierung die Instandhaltung? Bei großen und teuren Baugruppen kann sie das, weil das ganze Bauteil statt eines Elements ersetzt wird. Bei kleinen Baugruppen erleichtert sie die Instandhaltung oft, weil der Tausch einer fertigen Unterbaugruppe schneller ist als die Suche nach dem kleinen Teil, das ausgefallen ist.

Ist Konsolidierung nur mit 3D-Druck möglich? Nein, manche Baugruppen lassen sich durch Gießen oder durch eine geschicktere Neukonstruktion für die konventionelle Bearbeitung zusammenfassen. Additive Fertigung ist nötig, wenn das zusammengefasste Bauteil eine Geometrie hat, die andere Verfahren nicht herstellen können, zum Beispiel gekrümmte innere Kanäle.

Quellen

• Additive Manufacturing Media, BMW Group vehicle to adopt 3D printed center console, 2025
• Metal AM, How metal Additive Manufacturing is transforming modern hydraulic systems, 2024
• Arena et al., Design and Qualification of an Additively Manufactured Manifold for Aircraft Landing Gears Applications, Aerospace, 2023
• Metal AM, Titanium Additive Manufacturing hinge components used in world's thinnest foldable smartphone, 2025