Robuster Leichtbau durch 3D-Druck: Tipps für kosteneffiziente Bauteiloptimierung und Gewichtsreduzierung – im Gespräch mit Christian Andre, Produktleiter bei Nuform aus Trierweiler.
Die additive Fertigung, weitgehend als 3D-Druck bezeichnet, erlebt in den letzten Jahren einen erheblichen Aufschwung und gilt mittlerweile als innovationsschaffende Fertigungsmethode der Gegenwart und etabliertes Konzept in der Industrie. Die Technologie dieses Fertigungsverfahrens ermöglicht eine Vielzahl neuer Möglichkeiten sowohl im Bauteildesign als auch im Bereich des Leichtbaus. „Die Kombination aus leistungsfähigen Materialien und der Gestaltungsfreiheit durch spezielle Druckverfahren ermöglicht, robuste Bauteile mit hoher Festigkeit unter komplexen Geometrieanforderungen herzustellen – der ideale Leichtbau“, sagt Nuform Produktleiter Christian Andre und fügt hinzu, dass Unternehmen nicht nur an Innovation, sondern an Flexibilität gewinnen. Zudem sollten Produkte nur die Ressourcen verbrauchen, die für die Funktionalität unbedingt erforderlich sind. Dieser Anspruch rückt weltweit in den Fokus.
3D-Druck-Technologien: Kombinationen bei der Materialauswahl
Ein entscheidender Faktor bei der Konstruktion von Leichtbau-Komponenten ist die Materialauswahl. Die Materialauswahl für 3D-Druck reicht von innovativen Polymer-Verbundwerkstoffen bis hin zu robusten und vielseitigen Metall-Legierungen. Ein wichtiger Trend hierbei liegt im Einsatz von Carbonfasern, da diese sehr leicht und zugleich hochbelastbar sind. Allerdings sind sie auch teuer und nicht in jedem Fall notwendig. Die stetig wachsende Auswahl an solchen spezialisierten Materialien erhöht jedoch die Flexibilität im Einsatz der Maschinen und erlaubt den gezielten Einsatz des für den jeweiligen Einsatzzweck optimalen Materials. Folglich müssen beim Einsatz additive Fertigungsverfahren weniger Kompromisse eingegangen werden und die Vorteile des 3D-Drucks rücken durch die optimale Abstimmung zwischen der Bauteilform und dem verwendeten Material noch stärker in den Vordergrund.
Konstruktionsfreiheit mit hochfesten Leichtbaustrukturen
Die Konstruktionsfreiheit im 3D-Drucks ermöglicht die Produktion von sehr filigranen Bauteilen, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden gescheitert wären, gibt Christian Andre zu bedenken. Nahezu alle Formen und Geometrien sind mit dem 3D-Druck herstellbar, dies schätzen Designer und Ingenieure, die damit eine bisher ungekannte Freiheit bei der Gestaltung von Leichtbau-Komponenten erhalten. Zudem bietet die additive Fertigung die Möglichkeit der Integration von Funktionen direkt in das Bauteil. Christian Andre nennt das Beispiel von Strukturbauteilen, bei denen beispielsweise Kabelkanäle oder Funktionselemente bereits in den Baukörper integriert werden können.
Bauteiloptimierung: Gewicht vs Stabilität
Eine der größten Herausforderungen bei der Konstruktion von Leichtbau-Komponenten ist der Kompromiss zwischen Gewichtsreduzierung und Stabilität. Dies lässt sich durch eine gezielte Bauteiloptimierung besonders gut bewerkstelligen. Christian Andre erklärt, dass hierbei das Bauteildesign beispielsweise durch die Verwendung von Hohlkörpern, mit einem ausgeklügelten Design der Stege und Träger, angepasst wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Realisierung einer gitterartigen Struktur innerhalb des Bauteils. „Diese sogenannten „Lattice-Strukturen“ gewährleisten eine hohe Stabilität und Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Leichtigkeit bedeutet ja nicht, dass es weniger stabil ist, sondern intelligenter gebaut wurde“, so Christian Andre.
Verbindungselemente: effizient und nachhaltig
Die Konstruktion von Leichtbau-Komponenten umfasst auch die Herstellung von Verbindungselementen, nicht nur leicht als auch stabil, sondern effizient, nachhaltig und hochkomplex. „Der größte Gewinn liegt im Gestaltungsfreiraum, da für die Bauteilherstellung keine Vorrichtungen oder Werkzeuge speziell angefertigt werden müssen. Damit verkürzen sich die Herstellungszeit und der Aufwand bei der Planung“, sagt Christian Andre.
Die sogenannte „Knotentechnik“ ermöglicht die Fertigung stabilisierender Knotenpunkte bei geringem Gewicht. Sie ist ein Beispiel in der Konstruktion von Leichtbau-Komponenten. Dabei kann die Konstruktion in beliebigen Maßen und Formen realisiert werden und ermöglicht beispielsweise Verbindungen zu schaffen, die für Spanten, Wandelemente und andere Bauteile leicht und trotzdem sehr stabil sind.
Anwendungsbereiche 3D-Druck: von Prototypen und Modellen bis hin zu individuellen Stücken und Kleinserien
Insgesamt bietet der 3D-Druck großes Potenzial für den Leichtbau nicht nur bei der Herstellung von Prototypen oder Modellen, sowie Ersatzteilen oder individuellen Einzelstücken bis hin zu Serien in zahlreichen Branchen. Christian Andre fasst zusammen: „Durch die additive Fertigung sind die Gewichtsreduzierung, die Kosteneinsparung sowie eine hohe Stabilität und Steifigkeit bei gleichzeitig komplexen Designs möglich. Die Optimierung von Bauteilen und das richtige Material sind dabei entscheidend. Die Konstruktionsfreiheit, die Möglichkeit der Integration von Funktionen direkt ins Bauteil sowie die Herstellung von Verbindungselementen sind weitere wichtige Aspekte. Durch den Einsatz von neuen Materialien und Produktionsmethoden können die Schwachstellen von Leichtbau-Komponenten weiter minimiert werden.“
V.i.S.d.P.:
Maximilian
Industriemechaniker & Blogger
Durch seine Ausbildung zum Industriemechaniker ist Maximilian seit Jahren in der technischen Materie involviert und begeistert sich für die neusten Trends aus der Maschinenbaubranche. Seine alltäglichen Tätigkeiten liegen in der Optimierung von technischen Prozesse und Abläufen in Unternehmen. Dabei arbeitet er oft mit anderen Abteilungen wie dem Produktionsmanagement, dem Vertrieb oder der Logistik zusammen. Für ABOWI schreibt Maximilian seit 2022 über technische Errungenschaften. Weitere Informationen findest du unter: www.abowi.com
Nuform – A Venture of Abacus Alpha GmbH mit Sitz in Trierweiler sind Spezialisten für 3D-Druck Made in Germany. Nuform baut auf qualitativ hochwertigen 3D-Druck Lösungen für Präzisionsteile und robusten Leichtbau. Nuform ist ein junges und aufstrebendes Unternehmen, setzt auf moderne Technologien mit innovativen Ideen zur Produktion von hochpräzisen und maßgeschneiderten Bauteilen für verschiedene Branchen und Industrien.
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