Industrieller 3D-Druck sichert Erfolge in der Formula Student

Formula Student

Der bekannteste Wettbewerb ist die Formula Student Germany in Hockenheim, denn hier treten die erfolgreichsten Teams aus allen Nationen der Welt gegeneinander an. Bei der Formula Student werden neben der Performance auf der Rennstrecke auch die Ingenieursleistung der Studenten, die Kosten des Autos und eine Marketingstrategie für das Rennfahrzeug vor einem fiktiven Investor bewertet. (Quelle: GreenTeam Stuttgart)

Engineering und Konstruktion

Der Elektro-Bolide des „GreenTeams“ wurde von Studierenden der Universität Stuttgart aus den Fachbereichen Maschinenbau, Fahrzeug- und Motorentechnik sowie Elektrotechnik selbst konstruiert und aufgebaut. Mit heute weltweit über 110 Teams mit elektrischen Antrieben und über 600 Teams mit Verbrennungsmotoren hat sich die bereits oben erwähnte Formula Student, zu einer ernst zunehmenden internationalen Disziplin entwickelt. Nennleistungen von bis zu 100 kW (130 PS) und Geschwindigkeiten bis zu 130 km/h verlangen bei dieser studentischen Variante der Formel 1 höchste Ingenieurleistungen. Neben Motorleistung oder Traktionssteuerung trägt letztlich auch das Fahrzeuggewicht erheblich zur Rennperformance bei. Trotz der relativ schweren Batterien des mit vier unabhängig ansteuerbaren Elektromotoren ausgestatteten Einsitzers des GreenTeams ist er mit 178 kg ein Leichtgewicht.

Möglich wurde dies neben dem Einsatz von Kompositmaterialien bei der Karosserie durch einen intelligenten Leichtbau im Bereich des Fahrwerks. „Gerade bei solchen funktionalen Metallbauteilen ist der Leichtbau nicht ganz so einfach.“, erklärt Benedikt Bauersachs, Gesamtfahrzeugleiter Mechanik des GreenTeams, „denn auf der Rennstrecke sind diese Bauteile hohen Belastungen und Kräften ausgesetzt, was folglich gründliche FEM-gestützte Berechnungen und Simulationen notwendig macht.“ Beim GreenTeam entschied man sich zunächst bei den bisherigen Aluminium-Radträgern anzusetzen. Schnell wurde klar, dass nur die Kombination aus einer kräfteoptimierten und materialreduzierten Konstruktion und eines sehr zugfesten und leichten Materials wie Titan das Gewicht des Radträgers weiter reduzieren konnte.

Additive Fertigung - die Lösung

Titanlegierung ist eine gute Materialwahl, wenn Leichtbauteile mit einer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit benötigt werden. Allerdings lässt sich Titan nur schwer zerspanen bzw. gießen. Das GreenTeam suchte zunächst vergeblich nach einem Sponsor, der die optimierten Radträger mit herkömmlichen Methoden fertigen konnte. Das additive Fertigungssystem auf Metallpulverbasis von Renishaw entsprach diesen Anforderungen und damit war der neue Premiumsponsor gefunden.

Supportstrukturen

Supportstrukturen sind für die meisten additiven Fertigungen notwendig. Sie verankern das Bauteil und führen Wärme ab, damit die überhängenden Bereiche der Struktur im Schichtaufbauverfahren aufgebaut werden können. Die Radträger wurden additiv, anhand von Renishaws AM250 additiven Fertigungssystems und minimalen Supportstrukturen, die im Anschluss einfach abgenommen werden konnten, aufgebaut. Die Notwendigkeit von Stützstrukturen mag verschwenderisch erscheinen, allerdings kann in herkömmlichen abtragenden Bearbeitungsverfahren das erforderte Materialverhältnis zur Fertigung eines Bauteils wie diesem bis zu 19:1 betragen. Bei der additiven Fertigung liegt dieses Verhältnis näher bei 1:1, in diesem Fall 1,12:1.

Lösungspartner

Renishaw bietet allen, die die additive Fertigung als Produktionslösung in Erwägung ziehen, einen Service zur Designprüfung an. Renishaws Anwendungstechniker überprüfen Ihr Bauteil / Ihre Baugruppe, geben Empfehlungen zum Herstellungsverfahren, erstellen ein Digitalmodell und drucken Komponentenmuster auf einem der hauseigen AM250 Systeme. Darüber hinaus kann auf Anfrage ein Vorbericht, ein Inspektionsbericht und ein Kostenvoranschlag des Bauteils bereitgestellt werden.