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Bionisches Design Struktureffizientes Skateboard aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

3D Systems hat für das Cooper Hewitt – Smithsonian Design Museum in New York ein bionisch optimiertes Skateboard entwickelt, das 50 % weniger wiegt als normale Skateboards. Ziel war es, mit dem Exponat die aktuellen Technologien und Methoden darzustellen. Unterstützt hat dabei die Designsoftware Inspire von Solidthinking.

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Skateboard im struktureffizenten bionischen Design.
Skateboard im struktureffizenten bionischen Design.
(Bild: 3D Systems)

3D Systems mit Sitz in Rock Hill, South Carolina ist einer der Pioniere im 3D-Druck. Einige seiner herausragenden Leistungen waren die Erfindung des 3D-Druckes mit Stereolithografie (SLA) und die Kommerzialisierung der Methode in 1989 sowie die Erfindung und Kommerzialisierung der Selective Laser Sintering (SLS) Methode im Jahr 1992. Heute werden die 3D-Drucker von 3D Systems für die Fertigung in vielen Industrien eingesetzt, darunter die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizintechnik - vor allem für Sonderanfertigungen für einzelne Patienten - die Konsumgüterindustrie, die Elektronikindustrie und die Modebranche.

Exponat für moderne Methoden gesucht

Vor kurzem ist das Cooper Hewitt – Smithsonian Design Museum in New York auf 3D Systems zugekommen und hat das Unternehmen eingeladen, ein Ausstellungstück zur Verfügung zu stellen. Bei der Zusammenarbeit konzentrierte man sich auf ein Objekt, das die neuen Prozesse, inklusive der Nutzung innovativer Software und neuer Fertigungsmethoden, veranschaulicht. Nach einer ersten Ideensammlung hatte das Team von 3D Systems verschiedene Produkte identifiziert, die im Rahmen dieser Ausstellung präsentiert werden können. Eines dieser Produkte war ein 3D-gedrucktes, struktureffizientes Skateboard. Hierbei war es das Ziel, ein Produkt, das es schon seit vielen Jahren und immer im gleichen Design gibt, zu verbessern. Das Team bei 3D Systems wollte erforschen, wie man das Design und die Fertigung eines Skateboards grundlegend ändern und verbessern könnte.

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Solidthinking Inspire im Designprozess

Die Designer von 3D Systems wussten von Beginn an, dass sie ein Skateboard entwerfen wollten, das deutlich leichter ist, als alle anderen auf dem Markt verfügbaren Modelle. Um dieses Ziel zu erreichen, hat das Team Solidthinking Inspire für die Optimierung des Skateboard-Decks und der Achsen eines traditionellen Skateboard Designs verwendet. Inspire hat 3D Systems geholfen, die ideale Skateboard Form zu finden und damit das finale Design zu erstellen.

Im ersten Schritt hat 3D Systems Inspire genutzt, um verschiedene Optimierungen mit leicht unterschiedlichen Lastfällen und Prozentangaben zur Materialverwendung durchzuführen, um so die Grundform des Produktes zu finden. Im Falle des Skateboards mussten keine Fertigungsbeschränkungen berücksichtigt werden, da der 3D-Druck den Nutzern die Freiheit gibt, auch solche Formen zu kreieren, die mit traditionellen Fertigungsmethoden nicht produziert werden können. Insgesamt hat 3D Systems Solidthinking Inspire verwendet, um 20 bis 30 unterschiedliche Konzepte zu erstellen.

Inspire deckt Schwachstellen auf

Jedes dieser Designkonzepte wurde in Inspire analysiert, um die Schwachstellen des jeweiligen Designs aufzudecken. Nachdem viele der in Inspire erstellen Konzepte beurteilt wurden, hat sich das 3D System Team für ein Konzept für das Skateboard-Deck und ein Konzept für die Achsen entschieden. Nachdem das finale Konzept ausgewählt wurde, hat das Team von 3D Systems die Datei in ein CAD-System geladen. Hier wurde die Form verfeinert und das finale Design für den 3D-Druck erstellt.

Eingesetzte Druckverfahren

Für die Fertigung des Skateboards hat 3D Systems seine professionellen 3D-Drucker und seine hauseigenen Materialien verwendet. Das Skateboard-Deck wurde aus PA-12 Nylon Material unter der Verwendung der 3D Systems eigenen Selective Laser Sintering Technologie erstellt, die Achsen wurde aus Titan mittels direktem Metalldruck gefertigt.

Der Senior Industrial Designer bei 3D Systems, Seth Astle, sagte: „In der Zukunft planen wir, auch für das Neudesign der Rollen Inspire zu nutzen und diese additiv zu fertigen. Wir arbeiten auch an einer zweiten Version des Skateboards, das dann aus glasverstärktem Nylon gedruckt werden soll. Diese Version wird dann noch steifer sein als das bisherige Board, das aufgrund des Materials ein wenig flexibel ist. Abgesehen von dem etwas flexibleren Material, kann man das Skateboard genauso fahren wie jedes handelsübliche Board, es ist aber deutlich leichter. Das komplette System wiegt nur wenig über 1,5 k und ist damit über 50 % leichter als normale Skateboards.”

Was die Zukunft bringt

3D Systems plant auch zukünftig, Inspire einzusetzen, unter anderem für das Design eines Quadrocopters sowie für das Design von Prothesen. Seth Astle führt weiter aus: „Es war sehr einfach, die Software zu erlernen und damit zu arbeiten. Wir finden immer wieder neue 3D-Druck Projekte, bei denen wir Inspire verwenden können, um unsere Designs zu optimieren. Das Beste an Inspire ist, dass uns die Software dabei hilft, ganz neue Formen zu finden, die man auf keinem anderen Weg erstellen könnte. Man muss nur alle Parameter eingeben, auf optimieren drücken und schon hat man sehr schnell einen einzigartigen Designvorschlag für ein Produkt erstellt.”

Neue Veranstaltungsreihe Converge 2016

Anwendungsfälle wie dieser sind ein hervorragendes Beispiel für die Symbiose von Design und Technologie in der Entwicklung wahrhaft innovativer Produkte. Besuchen Sie Solidthinking auf der Converge 2016 vom 20.-21. September 2016 in Essen und erfahren Sie mehr darüber, wie auch Sie von dieser Symbiose profitieren können.

Anwendertreff Leichtbau

Der Anwendertreff Leichtbau der konstruktionspraxis-Akademie informiert am 1. und 2. Juni 2016 in Vorträgen über die wichtigsten Leichtbauwerkstoffe und Leichtbaustrategien für den Maschinen-, Anlagen-, Geräte- und Fahrzeugbau.

Ergänzend finden praxisorientierte Workshops statt, in denen konkrete Fragen diskutiert werden können. Der Anwendertreff führt so Konstrukteure und Produktentwickler mit Experten zusammen und bietet ein Forum zum gegenseitigen Austausch. Eine Ausstellung ergänzt die zweitägige Veranstaltung.

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