Metall 3D-Druck 3D-gedruckter Fahrradrahmen spart drei Monate Entwicklungszeit

Von Juliana Pfeiffer

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Ein neues Fahrrad zu entwickeln, dauert teilweise über zwei Jahre. In der Prototypen-Phase können Hersteller wichtige Faktoren wie Geometrie und Stützkraft testen. Das deutsche Fahrradunternehmen Kalkhoff setzt bei der Prototypenfertigung auf den Metall-3D-Druck.

Der mehrteilige Rahmen wurde von einer speziellen Kette von Zulieferern und Experten für additive Fertigung (AM) geschweißt, wärmebehandelt und gerichtet.
Der mehrteilige Rahmen wurde von einer speziellen Kette von Zulieferern und Experten für additive Fertigung (AM) geschweißt, wärmebehandelt und gerichtet.
(Bild: Materialise)

Die Produktentwicklung für ein neues Kalkhoff-Fahrrad ist immer ein Balanceakt. Hierbei gilt es die Geometrie des E-Bikes beizubehalten und gleichzeitig die in das Design integrierten zusätzlichen Teile und Anbauten zu berücksichtigen. Um diese Ziele zu erreichen, unterzieht Kalkhoff seine Räder strengen Tests. Normalerweise müssen Räder einer Belastung von bis zu 150 kg standhalten – einige Hersteller verzichten jedoch auf solche Tests. Im Vergleich mit anderen halten die Räder von Kalkhoff rund 170 kg aus. „Das Fahrgefühl ist für uns ganz wichtig. Denn ein komfortables Rad lässt sich trotzdem agil fahren und die Kunden haben richtig viel Fahrspaß“, betont Rik Maes, Industriedesigner der Kalkhoff Derby Cycle Werke GmbH haben. Für solche Tests braucht Kalkhoff in der Prototypen-Phase fahrbare Modelle, an denen Standard- und Sonderteile montiert und überprüft werden können, um das Design zu perfektionieren. Die Prototypen müssen also genauso aussehen und sich genauso anfühlen wie das endgültige Fahrrad.

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3D-Druck als Lösung für Aluminiumrahmen

Bisher lies der Fahrradhersteller über Materialise Manufacturing die Kunststoffrahmen hierfür drucken. „Normalerweise haben wir ein Engineering Design Freeze mit den Kunststoffrahmen, bei dem wir das finale Design und die Fitchecks machen. Ist dies freigegeben, öffnen wir die Toolings für unsere Zulieferer“, sagt Maes. Bis Kalkhoff die ersten Tests an den finalen Aluminiumrahmen durchführen kann, vergehen drei bis sechs Monate.

Mit Aluminium lassen sich jedoch Prototypen noch exakter nachbauen. Deshalb setzt Kalkhoff nun mehr auf den Metall-3D-Druck.

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In einem ersten Schritt stellte Kalkhoff seinem Partner Materialise 3D-Modelle und dessen druckbaren Dateien zur Verfügung. Zusammen optimierte man dann die Entwürfe, bevor die mehrteiligen Rahmen von Zulieferern wie der Seefried GmbH und AC-Tech geschweißt, wärmebehandelt und gerichtet wurden. „Der zur Verfügung stehende Platz für Metall-3D-Drucker ist ziemlich begrenzt, daher musste der Rahmen in mehreren Segmenten fertiggestellt werden“, verrät Philip Buchholz, Innovation Manager Metall-3D-Druck bei Materialise.

Funktionaler Prototyp in nur sechs Wochen

Bestimmte Schritte wurden parallel durchgeführt, um den Prozess noch weiter zu optimieren. „Während des 3D-Drucks der einzelnen Komponenten wurden gleichzeitig das Konstruktionsschweißen und die Wärmebehandlung des Rahmens anhand der CAD-Daten des Fahrradrahmens durchgeführt“, erklärt Michael Röhner, Produktmanager für Metall-3D-Druck bei ACTech.

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Das Ergebnis: Innerhalb von sechs Wochen wurde ein funktionaler Prototyp hergestellt, der die strengsten Tests erfüllt. „Mit diesem neuen Prozess werden in der Entwicklungsphase etwa drei Monate eingespart“, fügt Maes hinzu. Zusätzlich war das Fertigungsteam von Kalkhoff infolgedessen in der Lage, Spannungsspitzen an den Schweißnähten vermeiden, indem es die Schnitte am Fahrrad neu positionieren konnte. Den schlussendlichen Belastungstest mit 170 kg bestand das gedruckte Modell problemlos. Der Materialwechsel ermöglichte es dem Team von Kalkhoff, realistische und genaue Funktionstests durchzuführen und die Montage von Anbauteilen zu prüfen. „Der Motorflansch und das Lager der Gabel sind besonders wichtige Schnittstellen, die auf Funktionalität und Sicherheit geprüft werden müssen“, sagt Philip. Dazu können Kunden und Kundinnen auf Messen Probe fahren, um direkt von den Vorteilen des 3D-Drucks überzeugt zu werden.

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