Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG

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Ausgabe 10/2017, 13.10.2017

Youngtimer trifft auf Zukunftstechnologie

Im Partnerprojekt «3i-Print» zeigen die Unternehmen Altair, APWorks, CSI Entwicklungstechnik, EOS GmbH, Gerg und Heraeus am Beispiel der Vorderwagenstruktur eines alten VW Caddy das Potenzial des industriellen 3D-Drucks für die Automobilindustrie. Der Caddy erhält einen mittels 3D-Druck hergestellten funktionsintegrierten Vorderwagen.

Der industrielle 3D-Druck wird in den kommenden Jahren ein fester Bestandteil der Serienfertigung werden, da sind sich die Projektpartner sicher. Schon heute findet die Technologie Einsatz in vielen Industrien. Die beständige Weiterentwicklung der Produktions- und Konstruktionstechniken wird das Additive Manufacturing (AM) in den nächsten Jahren kostengünstiger und schneller machen. Damit wird der Einsatz dieser Fertigungsverfahren auch in der Automobilindustrie weiter zunehmen. Um künftige Innovationen zu treiben und Entwicklungen zu prägen, ist es wichtig, schon heute die Möglichkeiten im Bereich Design und AM zu untersuchen.

Damit wirtschaftliche Lösungen gefunden und ein echter Mehrwert kreiert werden können, müssen die Betrachtungen hinsichtlich additiver Fertigung für den Automobilbau jedoch weit über die Bereiche Strukturmechanik und Leichtbau hinausgehen und beispielsweise konsequent Funktionsintegrationen realisieren, um so für diese Industrie Mehrwert zu schaffen und aus wirtschaftlicher Sicht attraktiv zu werden.

Das Projekt ­«3i-Print» setzt mit dem Caddy-Konzept an diesen Punkten an und will aufzeigen, was technologisch in Zukunft möglich ist. Die Struktur ist besonders leicht und gleichzeitig stabil und verfügt über ein hohes Mass an Funktionsintegration. Dabei deckt es alle Schritte der Prozesskette ab: von Design, Auslegung, Berechnung und Konstruktion bis hin zu Bau und Nachbearbeitung der Baugruppe. Die Umsetzung von der Idee bis zum fertig umgebauten Fahrzeug erfolgte innerhalb von nur neun Monaten.

Organisches Design für lasttragende Strukturen

Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung im Automobilbereich waren das Wärmemanagement sowie die Bauraum- und Gewichtsreduzierung entscheidende Punkte für die Konstruktion des Vorderbaus. Zudem galt es, die strukturellen Anforderungen bezüglich Fahrzeugsicherheit, Leistung und Komfort zu erfüllen.

Entsprechend verfügt der additiv gefertigte Vorderwagen über lasttragende Strukturen mit Details zur aktiven und passiven Kühlung – beispielsweise in Form eines geleiteten Luftstroms für die Kühlung von Batterien und Bremsen. Darüber hinaus wurden Funktionen aus dem Wärmemanagement, der passiven Sicherheit, der Flüssigkeitsspeicherung und weiterer Elemente in das organische, lastgetriebene Design des Frontmoduls integriert. So ist der Wischwasserbehälter im Zuge der Topologieoptimierung direkt in die Vorderwagenstruktur integriert.

Vereinte Expertise entlang der Prozesskette

Mit diesen Zielen vor Augen begannen die Experten der Firma CSI Entwicklungstechnik mit Design, Berechnung und Konstruktion der Vorderwagenstruktur. Das Unternehmen entwickelt für Hersteller und Zulieferer der Automobilbranche hochwertige Module im Karosserie-, Interieur- und Exterieur-Bereich. Die Firma Gerg ist Anbieter innovativer Lösungen im Bereich Prototypen und Kleinserien für die Automobil- und Luftfahrtindustrie und übernahm im Zuge des Projektes den Rahmenbau aus den additiv gefertigten Einzelbauteilen. Bei Auslegung, Berechnung, Simulation und Konstruktion kamen dabei die Softwarelösungen von Altair zum Einsatz.

Nach erfolgreicher Simulation und Konstruktion des Konzepts erfolgte die finale Auslegung der Bauteile auf den 3D-Druck durch die Firma APWorks, die ihr Know-how zur Druckvorbereitung beisteuerte und die additive Fertigung der Strukturelemente umsetzte. Als hundertprozentige Tochter von Airbus ist das Unternehmen bestens mit modernen Fertigungsprozessen vertraut und macht aus der Luftfahrt bewährte Konzepte für verschiedenste Industrien nutzbar.

Eine eigens entwickelte hochfeste Aluminium- legierung optimiert den 3D-Printing-Prozess

Für den Bau des Vorderwagens setzte APWorks auf ein System von EOS. Für die Produktion der Bauteile lieferte und qualifizierte der Metallpulverspezialist Heraeus die von APWorks entwickelte technisch hochfeste Aluminium-Legierung «Scalmalloy». APWorks unterstützte mit der Entwicklung der idealen Parametersätze den Druckprozess auf dem System «EOS M 400». Dank additiver Fertigung und innovativem Werkstoff gelang es so, die Möglichkeiten der Funktionsintegration zu demonstrieren, die traditionelle Fertigungsverfahren nicht bieten.

Initiiert von CSI Entwicklungstechnik fungiert das 3i-Print-Projekt nun als agile, offene Engineering-Plattform für Forschung und Entwicklung, auf der innovative Prototypenkonzepte schnell umgesetzt und präsentiert werden können. Das Konzept baut auf dem Einsatz neuer Entwicklungswerkzeuge und -methoden wie AM auf. Ziel ist es, so das Potenzial moderner Fertigungsverfahren aufzuzeigen und komplett auszuschöpfen.

Das Projekt dient als Forum für innovative Prototypenkonzepte

Stefan Herrmann aus dem Bereich Leichtbau im Team Rohkarosserie von CSI Entwicklungstechnik bemerkt dazu: «Wir sind stolz darauf, den Caddy jetzt beispielhaft mit additiv gefertigter Vorderwagenstruktur präsentieren zu können. Die Struktur und der Kontrast zwischen alt und neu zeigen eindrücklich, welches Potenzial der industrielle 3D-Druck und ein hoher Grad an Funktionsintegration gerade auch für die Automobilindustrie bieten.»

Und weiter: «Doch nicht nur das Ergebnis, auch den agilen und zeiteffizienten Weg von der Idee bis zum fertig umgebauten Fahrzeug innerhalb von nur neun Monaten möchte ich betonen. Jedes der beteiligten Unternehmen ist in seinem Bereich führend. Die ausgezeichnete Zusammenarbeit und vereintes Expertenwissen machen 3i-Print zu einem grossen Erfolg.»

Zu sehen ist der Caddy der Projektstudie des Partnerprojekts 3i-Print unter anderem auf der Messe formnext 2017 in Frankfurt. (msc)

EOS: Springmann SA
2000 Neuchâtel, Tel. 032 729 11 22
info@springmann.ch
formnext Halle 3.1 Stand G50



Das Partnerprojekt 3i-Print zeigt am Beispiel der Vorderwagenstruktur eines alten VW Caddy, was mit industriellem 3D-Druck möglich ist. (Bilder: CSI Entwicklungstechnik)


Die Struktur ist besonders leicht und gleichzeitig stabil.


Die 3D-gedruckten Teile müssen eine Lastpfad- und Crash-gerechte Topologie aufweisen, sollen dabei aber auch zur Medienspeicherung dienen und das Thermomanagement unterstützen.