3D-gedrucktes Ritzel: das leichteste Zahnrad der Welt

Additive Fertigung revolutioniert Radrennsport

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Langstrecken-Radrennen, wie die 3460 Kilometer lange Tour de France, sind eine einzigartige technische Herausforderung, denn nicht nur das Gewicht der Rennräder soll so gering als möglich sein, auch die Belastbarkeit muss erhalten bleiben. In Zusammenarbeit mit den Selective-Laser-Meltingexperten des dänischen Technologieinstituts hat das Radsportunternehmen Ceramic-Speed hierfür leichte und langlebige Ritzel entwickelt.

Der Fahrradmarkt wird vor allem von Innovationen getrieben. Ceramic-Speed revolutionierte beispielsweise durch die Einführung von Keramiklagern den professionellen Rennradsport. Um dabei immer auf dem neuesten Stand der Technik zu sein, hat Ceramic-Speed eine Zusammenarbeit mit dem dänischen Technologieinstitut (DIT) begonnen.

Mit einer Quad-Laser-Maschine SLM 500 und einer Twin-Laser-Maschine SLM 280 setzt das Institut seit Jahren erfolgreich das selektive Laserschmelzen ein und ist damit für Ceramic-Speed der perfekte Entwicklungspartner. Aus dieser Partnerschaft ist das leichteste Zahnrad der Welt hervorgegangen, die Ritzel aus Titan. Dabei haben die Unternehmen auch mit Radprofis aus der diesjährigen Tour de France zusammengearbeitet, die unter Live-Bedingungen Tests durchführten.

„Die 3D-Druck-Technologie hat uns einen großen Spielraum gegeben, um auf kreative Weise mit dem Design zu experimentieren. Gleichzeitig konnten wir die Funktionen des Produkts kontinuierlich optimieren,“ sagt Carsten Ebbesen, F&E-Manager bei Ceramic-Speed. „Durch die Zusammenarbeit mit dem dänischen Technologieinstitut konnten wir die Zahnräder in einem völlig neuen Design entwickeln und produzieren, was so nur mittels 3D-Druck möglich ist.“

Titan-Kettenrad wiegt 8,4 Gramm

Die auf der Selective-Laser-Melting-Maschine SLM 500 in Titan gebauten Ritzel sind mit 17 Speichen ausgestattet, die bei einer Wandstärke von nur 0,4 mm einen Durchmesser von 2 mm haben. Durch die Hohlgeometrie konnte das Gesamtgewicht des Kettenrads auf 8,4 Gramm reduziert werden.

Thor Bramsen, Industrial Manager beim dänischen Technologieinstitut, ist von den Möglichkeiten der SLM-Technologie begeistert: „Die Hohlgeometrie der Objekte kann nicht mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.“ Trotz der komplexen Geometrie sei es möglich, immer wieder in der gleichen Qualität, also in Serie, zu produzieren.

Das mit dem selektiven Laserschmelzen hergestellte Getriebe hat strenge Qualitätsprüfungen bestanden. Die Ritzel sitzen auf den Außenzahnrädern der Schaltung und unterliegen somit einem hohen Verschleiß. Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Ceramic-Speed hat deswegen die Abnutzung der bedruckten Titanteile getestet. Die mit dem selektiven Laserschmelzen hergestellten Ritzel erwiesen sich als langlebiger und zeigten bei einer geringen Dichte eine höhere Korrosionsbeständigkeit sowie Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumteilen.

Material für die CNC-Bearbeitung wird hinzugefügt

Um ein additiv gefertigtes Produkt in einer hohen Qualität in Serie anbieten zu können, muss die gesamte Prozesskette aufeinander abgestimmt werden. Dazu gehören nicht nur die verlässlichen Maschinen von SLM Solutions, das Bauteil muss zunächst für den additiven Fertigungsprozess neu konstruiert bzw. entwickelt werden. Das Produkt von Ceramic-Speed wurde von DTI für die Serienfertigung mit additiver Fertigungstechnologie optimiert.

Dieser Prozess ist ein Zusammenspiel, bei dem das Design des Kunden nicht verändert wird, aber gleichzeitig Material für die CNC-Bearbeitung hinzugefügt wird, Stützstrukturen optimiert und die Wandstärke sowie das Gewicht minimiert werden. Nach der erfolgreichen Fertigung erfolgt die ebenso wichtige Nachbearbeitung des Bauteils. In diesem Fall nutzt das dänische Technologieinstitut seine gesamte Bandbreite an Nachbearbeitungsmöglichkeiten, sodass bei einer Lieferung des fertigen Produktes nur noch die Montage erfolgen muss.

Die ersten Keramiklager von Ceramic-Speed wurden vor weniger als 20 Jahren bei der Tour de France vorgestellt. Die Designinnovation durch das selektive Laserschmelzen und die Partnerschaft mit den Produktionsexperten des dänischen Technologieinstituts tragen dazu bei, die Grenzen der Fahrradtechnologie zu erweitern und neue Maßstäbe zu setzen.

SLM Solutions Group AG
www.slm-solutions.com
Formnext Halle 12.0 Stand E03



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