Aluminium: Messe in Düsseldorf zeigt Leichtbau

3D-Druck mit Aluminium

| Redakteur: Konrad Mücke

Werkstoff und Konstruktion: Vor allem dynamisch bewegte Bauteile können durch unterschiedliche Konzepte deutlich leichter ausgeführt werden.
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Werkstoff und Konstruktion: Vor allem dynamisch bewegte Bauteile können durch unterschiedliche Konzepte deutlich leichter ausgeführt werden. (Bild: Reed Exhibition Deutschland)

Beim Herstellen komplexer Einzelteile und kleiner Serien bewährt sich bereits 3D-Druck mit Metallen. Industrieller 3D-Druck soll allerdings für grosse Serien möglich sein. Wie Experten meinen, eigne sich dafür insbesondere Aluminium. Werkstoff- und Konstruktionsleichtbau werden dabei vereint.

Aluminium soll sich als universeller Werkstoff für den 3D-Druck qualifizieren, meinen unter anderem die Spezialisten eines Projektteams, das der Luftfahrtzulieferer Premium AEROTEC, der Technologieanbieter EOS und der Automobilhersteller Daimler gebildet haben. Seit Mitte des Jahres 2017 befassen sich die Beteiligten im Projekt «NextGenAM» damit, gemeinsam ein Produktionssystem zur additiven Serienfertigung zu entwickeln. Die erforderlichen Herstellungsprozesse sollen in eine Fertigungslinie integriert und so die Grundlagen für eine automatisierte industrielle Grossserienproduktion geschaffen werden. Das Projektteam nutzt dabei die Sy­nergien und die unterschiedlichen Forderungen der Partner. Es betrachtet den gesamten Prozess vom Metallpulver über die einzelnen Verarbeitungsschritte und den Druckvorgang bis hin zu notwendigen Nacharbeiten. Trotz unterschiedlicher Entwicklungsschwerpunkte sehen alle Beteiligten primär kurze Durchlaufzeiten und eine hohe Wirtschaftlichkeit im Fokus.

Konstrukteure können frei gestalten

Neben der Planung von hoch effektiven Fertigungslinien müssen die Ingenieure über die Gestaltung universell einsetzbarer Bauteile nachdenken. Der 3D-Druck eröffnet technische Möglichkeiten, die Konstrukteure in ihren Konzepten berücksichtigen müssen. Daraus ergeben sich zahlreiche, auf die jeweilige Anwendung bezogene Vorteile der im 3D-Druck gefertigten Bauteile. Speziell bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt ergeben die Kombinationen von Aluminium und Titan mit dem 3D-Druck herausragende Eigenschaften und Vorteile. Dies betrifft kostengünstige Komponenten, die wesentlich leichter als konventionell gefertigte sind. Daraus sich ergebende Erfahrungen sind auf die Serienfertigung, zum Beispiel für den Automobilbau, zu übertragen. Die Chancen auf effizientere Fahrzeuge zeigt ein amerikanischer Automobilhersteller. Im 3D-Druck hergestellte Bremsscheiben aus Aluminium haben sich bei ihm als 50 Prozent leichter verglichen mit bisher üblichen Ausführungen erwiesen.

Prozessbedingte Nachteile ausgleichen

Für die Entwicklung von Bauteilen ist es neben der Bauteilgestaltung und Produktionsplanung auch notwendig, die Werkstoffe sachgerecht auszuwählen. Für die klassischen Fertigungsverfahren, wie Fräsen, Drehen, Giessen, Schmieden und Pressen, steht den Produktentwicklern eine Vielzahl an Aluminiumlegierungen zur Verfügung. Diese erfüllen jeweils individuelle Forderungen hinsichtlich der Bearbeitungs- und Festigkeitseigenschaften. Allerdings eignen sich nicht alle Legierungen für additive Prozesse. Aktuell wird Aluminium AlSi10Mg häufig eingesetzt. Dennoch sind spezielle, auf den 3D-Druck abgestimmte Aluminiumlegierungen zu verwirklichen. Sie sollen prozessbedingte Nachteile ausgleichen.

Leichtbau als Trend in allen Branchen

Über zahlreiche Wachstumsbranchen hinweg ist Gewichtsreduzierung eines der wichtigsten Entwicklungskriterien – nicht nur in der Automobilindustrie, der Luftfahrt, im Maschinenbau und in der Windkraft, sondern auch in der Infrastruktur, der Medizintechnik sowie in der Marine und dem Sport- und Freizeitsektor. Gewicht wird dabei nicht nur durch den Einsatz leichterer Materialien reduziert, sondern auch durch die Integration von Funktionen und eine last- und werkstoffgerechtere Konstruktion.

Innovationstreiber im Bereich Leichtbau sind die Luft- und Raumfahrt sowie die Fahrzeugindustrie. Jedes eingesparte Kilogramm beim Transportmittel bedeutet ein Kilogramm mehr Nutzlast. Ein 100 Kilogramm leichteres Auto verbraucht auf 100 Kilometer rund 0,5 Liter weniger Kraftstoff. Bei Elektrofahrzeugen erhöht sich die Reichweite dementsprechend. Ein Airbus A320 benötigt 10 000 Liter weniger Kerosin im Jahr, wenn er 100 Kilogramm leichter ist. SMM

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