Additive Fertigung Entwicklungszeit verkürzen: Ersatzteile innerhalb von einem Tag 3D-drucken

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Geschwindigkeit ist das A und O bei Formel-1-Rennen – sowohl auf der Strecke als auch hinter den Kulissen. Die 3D-Kunststoffdrucklösung Figure-4 von 3D-Systems verleiht dem BWT Alpine F1 Team eine Geschwindigkeit und Flexibilität bei der Herstellung von Silikon- und Polyurethanteilen für die Entwicklung und den Einsatz im Auto.

Herkömmliche Werkzeugverfahren zum Formen von Silikon- und Polyurethanteilen sind zeitaufwändig und werden daher in der Formel 1-Entwicklung selten in Betracht gezogen. Schließlich liegen nur wenigen Monaten zwischen den Renn-Saisons, daher ist die Geschwindigkeit der Produktion, des Testens und der Iteration von größter Bedeutung.

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Entwicklungs- und Herstellungszeit verkürzen

Mit den Figure-4-3D-Druckern bietet 3D-Systems eine werkzeuglose Alternative zu konventionellen Spritzguss- oder Urethangussverfahren dank direkter digitaler Produktion von Präzisions-Kunststoffteilen sowie ultraschneller Prototypenerstellung. Mit der Figure-4-Lösung lassen sich Schalenformen produzieren. Dies ermöglicht dem BWT Alpine F1-Team, eine vielfältige Palette hochwertiger Formteile aus Silikon und Polyurethan in Rekordgeschwindigkeit und unter Verwendung herkömmlicher Formmaterialien herzustellen: ein idealer Zugang zu einmal verwendbaren und iterativen Teilen.

Der geradlinige Arbeitsablauf hält mit dem n Tempo der Formel 1 Schritt – Beispielsweise können gegossene Tüllen oder Dichtungen, die mit herkömmlichen Metallwerkzeugen oder Vakuumguss mehrere Tage oder Wochen dauern würden, jetzt mit Figure-4 an einem einzigen Tag geliefert werden.

Das BWT Alpine F1-Team führt täglich mehrere Bauvorgänge auf dem 3D-Drucker für eine breite Palette von Gusswerkzeugen für Fahrzeugteile und Tests durch. Pat Warner, Advanced Digital Manufacturing Manager des BWT Alpine F1 Teams, schätzt, dass die meisten 3D-gedruckten Schalenformen in nur 90 Minuten gedruckt werden, wobei der Druck der größten Bauteile bis zu drei Stunden dauern kann.

Flexibilität über mehrere Anwendungen hinweg

Die Produktivitätsgewinne des Teams gehen über die taggleiche Teileproduktion hinaus. Mit dem Eggshell-Verfahren des Figure-4 kann eine breite Palette weiterer Anwendungen abgedeckt werden. Der Prozess basiert auf dem Figure-4-Material Eggshell-AMB 10 von 3D-Systems. Mit diesem Material lassen sich Einwegwerkzeuge herstellen. Diese sind so flexibel, dass Endnutzungsteile aus einer Reihe von Silikonen, Polyurethanen und anderen Materialien wie Metallen und Keramik entstehen können. Figure-4-Eggshell-AMB 10 ist ein starrer Kunststoff, der speziell entwickelt wurde, um Injektionen bei hoher Temperatur und hohem Druck standzuhalten. Nach dem Gießen lässt sich das Material leicht lösen.

Laut Warner war diese Flexibilität ein großer Vorteil: „Wir haben eine riesige Auswahl an Materialien und können im Grunde alle innerhalb eines Tages verwenden.“ Dadurch verfügt das Team über eine breite Palette von Anwendungen, die sich in Steifigkeit, Dehnung, Farbe und anderen Eigenschaften unterscheiden. „Ich kann mir keinen anderen Weg vorstellen, wie wir so viele verschiedene Komponenten herstellen könnten“, sagt Warner. Die meisten Anwendungen, die derzeit durch das Eggshell-Verfahren von 3D Systems abgedeckt werden, fallen in die Kategorien Tüllen, Dichtringe und Dichtungen, welche im gesamten Auto verwendet werden.

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Geradliniger Arbeitsablauf

Der unkomplizierte CAD-to-Casting-Workflow beginnt mit dem Senden der Datei zum Drucken innerhalb von 3D-Sprint, einer All-in-One-Software für den Polymer-3D-Druck. Das Toolset der Software ermöglicht Stützstrukturen hinzuzufügen sowie den Druckprozesses zu verwalten. Nach dem Druck werden die Gussschalen vom BWT Alpine F1-Team nachbearbeitet, indem die Teile gereinigt und in der Nachhärtungseinheit LC-3D-Print Box nachgehärtet werden. Dieser Vorgang dauert etwa zwei Stunden und besteht hauptsächlich aus einer 90-minütigen, vollautomatischen Nachhärtung.

Nach der UV-Nachhärtung beschichtet das BWT Alpine F1-Team die 3D-gedruckte Gussschale mit einem chemischen Trennmittel. Daraufhin ist die Schale bereit für das Gießen mit Polyurethan oder Silikon. Die Aushärtezeiten variieren je nach verwendetem Material und können zwischen zehn Minuten und 24 Stunden dauern.

Leistung unter harten Bedingungen

Die Leistungsanforderungen an Formel-1-Teile sind extrem. Die Rennen dauern bis zu zwei Stunden, in denen das gesamte Fahrzeug stark schwankenden Temperaturen, intensiven Vibrationen und Kräften ausgesetzt ist. „Es ist eine extreme Umgebung, der man Teile aussetzt“, sagte Warner, „und wir streben immer nach Perfektion. Wir müssen sicherstellen, dass alle unsere Teile die ihnen übertragenen Aufgaben erfüllen.“ Teile, die mit dem Eggshell-Verfahren von 3D-Systems hergestellt wurden, erfüllen diese hohe Leistungsschwelle.

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Laut Warner ist die Oberflächenqualität sehr gut, was besonders für aerodynamische Teile wichtig ist. Durch die Fähigkeit, schnell qualitativ hochwertige Hochleistungsteile herzustellen, kann das Team jetzt auch Teile modifizieren, die zuvor aufgrund der extremen Zeitbeschränkungen des Sports nicht priorisiert wurden. 

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