Metall-Laserschmelzen (SLM)

3D-Laserdruck macht das deutsche Bahnrad-Team in Rio schneller

Beim anstrengenden Weg aufs Siegerpodest bei den Olympischen Spielen zählt bei den Radsportlern jedes Gramm. Denn je weniger Masse bewegt werden muss, desto höher die Beschleunigung. Eine wichtige Gewichtseinsparung an den Hightech-Rädern für die diesjährigen Wettkämpfe in Rio de Janeiro kommt aus den Druckern des Reutlinger Unternehmens 3D-Laserdruck.

Vom 3D-Drucker direkt auf die Radbahnen: Der Vorbau von 3D-Laserdruck im Praxistest durch Teamsprint-Europameister Max Niederlag. Bild: 3D-Laserdruck

Die Ingenieure drucken die sogenannten Vorbauten der Rennmaschinen, also die Verbindung zwischen Lenker und Rahmen. Diese Aluminium-Komponenten sind besonders leicht und maßgerecht an die Bedürfnisse jedes einzelnen der deutschen Bahnradfahrer angepasst. Möglich machen dies die neuen Designmöglichkeiten durch Additive Fertigung.

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem ThinKing im Juli. Die Leichtbau BW GmbH gibt mit diesem Label monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.

Das im 3D-Druck konstruktiv optimierte Bauteil hat nur noch gut die Hälfte des ursprünglichen Gewichts. Absolut gesehen sind es etwa 160 Gramm, die eingespart wurden. Auf den ersten Blick erscheint das nicht viel - tatsächlich geht es im Leistungssport am Ende aber um jede Hundertstelsekunde und damit auch um jedes Gramm.

3D-Laserdruck ist Dienstleister im Bereich des Metall-Laserschmelzens (SLM). Beim SLM werden Bauteile durch die schichtweise Verschmelzung dünner, etwa 0,05 mm (= 50 µm) starker Pulverschichten im 3D-Drucker aufgebaut. Es entstehen homogene, vollbelastbare Bauteile, die konventionell gefertigten Bauteilen in ihren Eigenschaften in nichts nachstehen, aber deutlich leichter sind.

Anzeige

Bauteile werden nach den Bedürfnissen der Athleten 3D-gedruckt

Der 3D-Metall-Druck ermöglicht die Realisierung komplexer Geometrien, wie sie mit traditionellen Verfahren nicht möglich sind. Bild: 3D-Laserdruck

Die Gewichtseinsparung wurde durch die Umsetzung einer wabenförmigen Struktur im Innern des Vorbaus erreicht. Die Vorbauten werden im 3D-Drucker aus einer Aluminium-Legierung gefertigt, sie verbinden Lenker und Gabel verwindungssteif mit dem leichten Carbon-Rahmen. Das werkzeuglose SLM-Verfahren eignet sich hervorragend zur Herstellung von Metallbauteilen mit komplexen Geometrien. Die hohe Gewichtreduzierung bei unverändert voller Belastbarkeit des Bauteils, z.B. durch geringe Wandstärke und intelligenter Geometrien im Innern, ist nur durch das 3D-Druck-Verfahren realisierbar.

Durch Additive Verfahren ist es auch möglich, die Vorbauten individuell auf die körperlichen (z.B. Körpergröße, Sitzposition, allgemeine Ergonomie) und technischen (z.B. Radgeometrie, Rahmenhöhe) Bedingungen aller achtzehn deutschen Rad-Athleten anzupassen. Das bringt deutliche Vorteile bei der Übertragung von Muskelkraft in Geschwindigkeit.

Bauteile wurden in zwei Monaten gefertigt und geliefert

Entwickelt wurden die gewichtsreduzierten Vorbauten am Institut für Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) in Berlin gemeinsam mit den Spezialisten von 3D-Laserdruck. Von Beginn an haben die Reutlinger Ingenieure das FES bei der Konstruktion und Umsetzung der gewichtsparenden Geometrien fachkundig begleitet. Für die Nachbearbeitung der Oberflächen zeichnet sich die Wenz-Mechanik GmbH verantwortlich, die zur gleichen Unternehmensgruppe gehört wie 3D-Laserdruck.

Die Kraftwirkung auf Bauteil und Rad im Bahnoval wurde durch die Methode der finiten Elemente (FEM) in mehreren Etappen simuliert und das Bauteil konstruktiv entsprechend optimiert. In ausgiebigen Tests auf den Prüfständen des FES haben die Bauteile ihre Bruch- und Dauerfestigkeit unter Beweis gestellt, ebenso in intensiven Tests durch die Sportler. Die additive Fertigung konnte bei diesem Projekt auch ihre Zeitvorteile voll ausspielen. Nach Entwicklung und Test wurden innerhalb von nur zwei Monaten für die 18 Athletinnen und Athleten die Vorbauten gefertigt und ausgeliefert.

Der Geschäftsführer der Landesagentur für Leichtbau, Dr. Wolfgang Seeliger, sagt zu der Leichtbaulösung des Monats: "Für den Leichtbau ergeben sich mit additiver Fertigung enorme Potentiale für bislang nicht realisierbares Produktdesign. Zudem besteht es ein großes Marktpotenzial." Laut einer McKinsey-Studie werden im Jahr 2025 industrielle Wertschöpfungsströme von bis zu 550 Milliarden US-Dollar von additiver Fertigung verändert werden. kf

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige

Leichtbau

Hybridteile durch Rührreibschweißen

Ein neues Verfahren auf Basis des Rührreibschweißens erlaubt es, Aluminium- und Stahlbleche unabhängig der Blechdicke hochfest miteinander zu verschweißen. Dabei ist die Naht so stabil, dass sich die Hybridplatinen sogar tiefziehen lassen.

mehr...
Anzeige

Additive Fertigung

Design- und Simulationslösung

Altair hat die Fertigungssimulationslösung Inspire Print3D für die Additive Fertigung vorgestellt. Diese bietet eine Reihe an schnellen und genauen Werkzeugen für das fertigungsgerechte Design und die Simulation im SLM-Verfahren hergestellter...

mehr...

Nortec 2020

Additive Fertigung im Fokus

Orientierung und konkrete Hilfestellung zu Themen der additiven Fertigungbietet bietet die Nortec. Als Fachmesse für Produktion und Campus für den Mittelstand zeigt sie vom 21. bis 24. Januar 2020 die neuesten technischen Entwicklungen und Lösungen...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige