Fraunhofer IAPT: 3D-Druck im Automobilbau Additiv gefertigte Radaufhängung für Sportwagen

Fiat Chrysler Automobiles (FCA) und die Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT entwickelten gemeinsam für einen Sportwagen eine im 3D-Druck hergestellte Radaufhängung, in die der Bremssattel integriert ist.

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Fraunhofer-Einrichtung für Additive

Die aktuelle Entwicklung und Kooperation symbolisiert den Beginn einer Serienfertigung generativ gefertigter Bauteile für die Automobilindustrie. Zu den ehrgeizigen Zielen erläutert Carlo Carcioffi, Leiter des Bereichs Head of Advanced Processes and Mate­rials Body, Interiors, Chassis beim Automobilhersteller FCA: «Gemeinsam mit unserem Innovationspartner Fraunhofer IAPT senken wir die Kosten und den Produktionsaufwand für wichtige Fahrzeugkomponenten. Der Wissenstransfer wird uns helfen, unsere Kompetenz für Additive Manufacturing in den Bereichen integriertes Design, Werkstoffe und Prozesstechnologie konzernweit zu verbessern.»

Integrierter Bremssattel

Zu Beginn der Zusammenarbeit war zunächst zu klären, wie sich eine komplette Radaufhängung mit integriertem Bremssystem als nur ein Bauteil für einen Sportwagen im Verfahren 3D-Druck verwirklichen lässt. Üblicherweise bestehen Radaufhängungen aus zahlreichen Einzelkomponenten. Das sind die Radaufhängung selbst, der Bremssattel, die Hydraulik und das Hitzeschild. Bisher werden diese Bauelemente einzeln gefertigt und anschlies­send in mehreren Schritten mit Schrauben, Dichtungen und Unterlegscheiben zu einem kompletten, funktionsfähigen System montiert. Insgesamt erfordert dies einen komplexen, zeit- und kosten­aufwendigen Produktions- und Montageablauf. «Wir mussten zusammen mit dem FCA-Konstruktionsteam die gesamte Radaufhängung völlig neu
denken, um eine einteilige bionische Struktur zu erschaffen, die alle Funktionen der bisherigen Baugruppe mindestens gleich gut erfüllt, alle Kräfte aufnimmt, gewichtsoptimiert ist und additiv hergestellt werden kann», fasst Design-Projektingenieur Yanik Senkel die Forderungen an die Forschung zusammen.

Bionischer Leichtbau

Nach einer umfassenden Optimierung der Topologie hat das Team einen Prototyp entwickelt. Dieser ist um 36 Prozent leichter als die ehemals zwölf einzelnen Bauteile der bisher konventionell gefertigten Radaufhängung mit Bremse. Das bionisch optimierte Design reduziert den Montageaufwand enorm. Die nunmehr robustere Konstruktion verbessert die Dauerfestigkeit. Auch in Bezug auf Geräusche, Vibration und Rauigkeit (NVH) soll das integrierte, additiv gefertigte Bauteil besser sein. Die intelligente Integralbauweise eliminiert zahlreiche typische Schwachstellen und verlängert damit die Lebensdauer. «Das Bauteil demonstriert das Potenzial der additiven Fertigung für zukünftige Autos», sagt
Carlo Carcioffi und fügt an: «Obendrein ist es ein echter Hingucker.»

Systematisch weiterentwickeln

Doch die 3D-gedruckte Radaufhängung mit integriertem Bremssattel, weltweit die erste ihrer Art, ist erst der Anfang. Sie ist der Ausgangspunkt für viele andere Projekte. In zahlreichen gemeinsamen Workshops, die auch die Bereiche Werkstoffe und Prozessentwicklung sowie die Qualitätssicherung umfassten, wurden weitere Komponenten in Leicht- und Integralbauweise komplett neu entwickelt. «Der Gesamtfokus liegt auf der Senkung der Herstellungskosten, etwa durch eine deutliche Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit», erklärt Ruben Meuth, Leiter Business Development am Institut Fraunhofer IAPT. «Dieses Bauteil ist ein herausragendes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Forschung. Es zeigt, wie Additive Manufacturing in der Serienfertigung von Luxus- und Sportwagen eingeführt werden kann», fasst er zusammen. Carlo Carcioffi ist überzeugt, dass die Entwicklung rasch voranschreiten werde. «Das Projekt hat gezeigt, dass wir durch Additive Manufacturing viele Bereiche des Automobils völlig neu denken und damit den Grundstein für zukünftige Innovationen legen können», beurteilt er die Zukunftsaussichten des Additive Manufacturing für die Serienfertigung. - kmu - SMM

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