3D-Druck Additiv gefertigter Achsschenkel peppt Fahrzeuge auf

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Der 3D-Druck von Metallen hilft auch bei Bauteilen, die hohe mechanische Belastungen aushalten müssen. Sein Potenzial zeigt sich einmal mehr anhand eines individualisierten Achsschenkels von Parare, der rund 50 Prozent weniger wiegt als das Originalbauteil.

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg hat einen additiv gefertigten Achsschenkel zum Think Ing im Juni 2022 gekürt. Gleichzeitig ehre man damit die Leichtbauleistung der Parare GmbH. Der Grund ist, dass das so konstruierte und gefertigte Bauteil rund 50 Prozent weniger wiegt als sein herkömmliches Pendant. Dazu trage vor allem das topologieoptimierte Design bei.

Golf-Achsschenkel in Stückzahl 1+ 1

Für den Moderator und Autoenthusiasten Jean Pierre „JP“ Kraemer, den Inhaber des Unternehmens JP Performance, ist das Hybridisieren eines Serienfahrzeugs sowohl Hobby als auch Beruf. Für eines seiner Projekte musste er aber ein individualisiertes Bauteil anfertigen lassen. Dazu brauchte es das Know-how der 3D-Druck-Profis von Parare. Genauer gesagt, ging es um das Aufmöbeln eines Golfs, der aufgrund der Änderung der Lenkgeometrie einen besonderen Achsschenkel benötigt, der in den zuvor verkleinerten Bauraum passt – und natürlich funktioniert.

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Die Herausforderungen waren also Stückzahl 1+1, die maximale Individualisierung und ein erhöhter Anspruch an die technische Belastbarkeit des Bauteils. Matthias Bath, der Geschäftsführer von Parare: „In einen verkleinerten Bauraum mit komplexer Störgeometrie eine leichte Lenkung einzubauen, war für uns eine wunderbare Gelegenheit zu zeigen, was wir und der 3D-Druck in Metall können.“

Robuster Leichtbau für 800-PS-Boliden

Die Kräfte, die das Leichtbauteil durch den getunten 800-PS-Golf aushalten müsse, bewiesen, dass 3D-gedruckte Metallteile mechanisch sehr leistungsfähig sind, wenn man es richtig mache. Die Experten bedienten sich dazu des sogenannten SLM-Prozesses (Selektive Laser Melting). Anders als beim Lasersintern werden beim SLM die aufgetragenen Schichten jedoch nicht gesintert, sondern aufgeschmolzen. Mehrere Schichten des aufgeschmolzenen Metalls werden dabei miteinander stoffschlüssig verschweißt, wie es heißt.

SLM in Kombination mit punktueller CNC-Zerspanung ist für Bath die zeitgemäße Fertigungsphilosophie, um komplexe Bauteile in kürzester Zeit mit sehr guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Wobei der 3D-Druck insbesondere dann wirtschaftlich punkte, wenn sich durch die Eigenschaften des Bauteils die Kosten seiner Herstellung in kurzer Zeit amortisierten. Von Parare entworfene und gefertigte SLM-Bauteile finden sich deshalb nicht nur im Automobilsektor, sondern auch im Roboterbau, wo sie als Greifer für schwere Lasten dienen.

Getriebeentwicklung

Von 27 Bauteilen auf 1 Bauteil reduziert

Doppelte Erleichterung für Individualisten

Auch wenn das Originalbauteil des Seriengolfs aus Aluminium schon auf Leichtbau getrimmt war, wie Parare anmerkt, konnte man in diesem Projekt weitere rund 50 Prozent Gewicht am Bauteil selbst einsparen, ohne das die Belastungsfähigkeit leidet.

• Dazu tragen zum einen die verwendete Materiallegierung namens AlSi10Mg bei.

• Zum anderen konnten die Experten durch ein topologisch optimiertes Design Material sparen.

Das Reverse Engineering, bei dem es auch um eine „Zeichnung“ des Bauteils geht, verlangt einen 3D-Scan des Originals, der anschließend in seiner Gestalt konstruktiv exakt so optimiert wird, dass die auftretenden Kräfte kein Problem bereiten. Dabei heraus kam ein Bauteil mit bionisch ausgeführten Strukturen. Es wurde aber zunächst als Kunststoffprototyp gebaut und letztlich per SLM produziert.

Denn genau hier würden die Vorteile des Metall-3D-Drucks quasi voll zum Tragen kommen: leichte, bionisch geformte Bauteile materialeffizient zu fertigen. In diesem Fall ein Teil, das beim 800-PS-Golf die Dynamik verbessert und Antriebsenergie spart, was auch der Umwelt zugute kommt. Kleinere Bereiche wurden, wie oben schon angedeutet, zum Abschluss spanend bearbeitet.

Wen es weiter interessiert, der kann sich in diesem Video ansehen, wie das funktioniert.

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