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Leichtbau: Im SLM-Verfahren hergestellter Achsschenkel hält Kräften eines getunten 800-PS-Golfs stand

Selektive Laser Melting
Mit 3D-Druck zu hochleistungsfähiger Lenkgeometrie

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Das fertige Bauteil: 3D-gedruckt und per CNC nachbearbeitet Bild: Parare GmbH

Für den Moderator und Autoenthusiasten Jean Pierre „JP“ Kraemer, Inhaber des Unternehmens JP Performance, ist das Hybridisieren eines Serienfahrzeugs Hobby und Beruf zugleich. Um ein individuelles Bauteil für eines seiner Projekte anfertigen zu lassen, setzte der PS-Profi deshalb auf das Know-how der 3D-Druck-Profis der Parare GmbH: Aufgrund der Änderung der Lenkgeometrie des Tuning-Golfs war ein Achsschenkel als Sonderanfertigung an die neuen geometrischen Besonderheiten des verkleinerten Bauraums anzupassen.

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Das Bauteil kurz nach der additiven Fertigung – noch mit Stützstrukturen
Bild: Parare GmbH

„Stückzahl 1+1, maximal individualisiert und ein erhöhter Anspruch an die technische Belastbarkeit des Bauteils – solche Anforderungen sind wie für uns gemacht“, sagt Matthias Bath, Geschäftsführer der Parare GmbH. „In einen verkleinerten Bauraum mit komplexer Störgeometrie eine leichte Lenkung einzubauen, war für uns eine wunderbare Gelegenheit zu zeigen, was wir können – und was der Metall-3D-Druck kann.“

Denn die Kräfte, denen dieses Bauteil im getunten 800-PS-Golf standhält, zeigen: 3D-gedruckte Metallteile sind mechanisch hochleistungsfähig. Anders als beim Lasersintern werden beim Selektive-Laser-Melting-Verfahren (SLM-Verfahren) die aufgetragenen Schichten nicht gesintert, sondern aufgeschmolzen und so durch mehrere Schichten hindurch miteinander stoffschlüssig verschweißt. Von Parare entworfene und gefertigte SLM-Bauteile finden sich daher nicht nur im Automobil-, sondern zum Beispiel auch im Roboterbau als Greifer für schwere Lasten.

 

„Das SLM-Verfahren zusammen mit punktueller CNC-Zerspanung ist die zeitgemäße Lösung.“
– Matthias Bath, Parare

„Das selektive Metall-Laserschmelzen zusammen mit punktueller CNC-Zerspanung ist die zeitgemäße Lösung zur Herstellung komplexer Bauteile in kürzester Zeit und mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften“, sagt Bath. Wobei der 3D-Druck insbesondere dann wirtschaftlich wird, wenn sich durch den Nutzen des Bauteils die Kosten der Herstellung in kurzer Zeit amortisieren.

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Das Bauteil nach der abschließenden CNC-Bearbeitung
Bild: Parare GmbH

Topologieoptimierung im Leichtbau

Auch wenn das Originalbauteil des Seriengolfs aus Aluminium schon auf Leichtbau getrimmt war, so konnte das Unternehmen in diesem Projekt dennoch weitere etwa 50 % Gewicht am Bauteil selbst einsparen – unter Beibehaltung der mechanischen Belastungskennwerte. Dazu tragen zum einen das verwendete Material AlSi10Mg, zum anderen aber auch die Einsparung an Material durch das topologisch optimierte Design des Bauteils bei.

Das Reverse-Engineering verlangt dazu einen 3D-Scan des Originals, der anschließend in seiner Gestalt konstruktiv exakt auf auftretenden Kräfte hin optimiert wird. Im Ergebnis stand ein Bauteil mit bionisch anmutenden Strukturen. Diese wurde zunächst als Kunststoffprototyp hergestellt und letztlich via SLM-Verfahren produziert. Kleinere Bereiche wurden zum Abschluss mit Hilfe der CNC-Bearbeitung finalisiert.

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Der topologieoptimierte Achsschenkel der Lenkachse als Rendering
Bild: Parare GmbH

„Hier greifen die Vorteile des Metall-3D-Drucks: leichte, bionisch geformte Bauteile materialeffizient zu generieren.“
– Matthias Bath, Parare

Diese Arbeitsweise zeichne das Unternehmen aus, sagt Bath: „Wir bieten im Leichtbau unser Know-how entlang dieser kompletten Prozesskette im Metall-3D-Druck an – von der Ideenfindung über die Bauteilentwicklung über den Prototypen bis hin zum qualifizierten Serienbauteil.“ Besonders interessant sei dies für jedes Unternehmen, das bewegte metallische Bauteile im Einsatz hat – zum Beispiel oben erwähnte Robotergreifer. Denn genau hier greifen die Vorteile des Metall-3D-Drucks: leichte, bionisch geformte Bauteile materialeffizient zu generieren, die in der Anwendung durch die verbesserte Dynamik und das Einsparen von Antriebsenergie den Energiebedarf senken und damit auch den CO2-Footprint reduzieren. (eve)


Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem ThinKing im Juni 2022. Mit diesem Label gibt die Leichtbau BW GmbH monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.

 

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