Universität Nebrija und ArcelorMittal setzen auf 3D-Druck mit Stahl bei der Rallye Dakar

Studierende der Universität Nebrija übernahmen die Neugestaltung und technologische Verbesserung eines Autos des Sodicars-Teams, das an der Rallye Dakar 2023 in der höchsten Kategorie (T1) teilnahm. Die von ArcelorMittal in seinem F&E&I-Zentrum eingesetzte 3D-Drucktechnologie in Verbindung mit den intelligenten Design-Algorithmen der Universität Nebrija ermöglichte die Entwicklung verschiedener Komponenten des Autos.

“Nebrija to Dakar ist ein langfristiges Projekt, das über die Rallye Dakar 2023 hinausgeht. Es gibt einen sehr klar definierten Fahrplan für die kommenden Jahre, in dem die Allianz mit ArcelorMittal und die Integration der 3D-Drucktechnologie in immer mehr Komponenten des Fahrzeugs eine der wichtigsten Säulen sein wird”, sagt Sergio Corbera, Leiter des Bereichs Automobil- und Maschinenbau an der Universität Nebrija.

Infolgedessen wurde im Labor von ArcelorMittal ein neues Teil, das den Seitenkasten des Fahrzeugs mit der Bordwand verbindet und eine Gewichtsreduzierung von 20 % unter dem festgelegten Grenzwert ermöglicht, in 3D gedruckt.

Pedro Prendes, Head of Process R&D hält fest: “Unsere Teilnahme an diesem Projekt stellt eine neue Herausforderung im Rahmen unseres Partnerschaftsprogramms dar. Es ist ein spannendes Projekt, bei dem wir ein weiteres 3D-gedrucktes Stahlteil unter den extrem harten Bedingungen der Rallye Dakar einsetzen können, was an sich schon eine echte Herausforderung ist.”

ArcelorMittal betreibt ein technologisches Innovationszentrum, das sich auf die Entwicklung verschiedener Spitzentechnologien konzentriert, darunter 3D-Druck, künstliche Intelligenz, Nanotechnologie und grüne Energie. Die Universität Nebrija integriert künstliche Intelligenz und generative Modellierungstechniken – Smart Design oder generatives Design -, um Produkte zu entwickeln, die dazu beitragen können, den Mehrwert zu erhöhen, den ArcelorMittal für die Automobilbranche bietet. Die Partnerschaft zwischen den beiden Parteien begann vor einigen Jahren mit der Entwicklung eines Motorradrahmens, der vollständig im 3D-Druckverfahren hergestellt wurde und der zeigte, dass Stahl eine leichtere Lösung als Aluminium bieten kann (bei diesem Strukturteil wurde eine Gewichtsreduzierung von 25 % erreicht). Dies war der Ausgangspunkt für die Zusammenarbeit zwischen den beiden Unternehmen mit dem langfristigen Ziel, ein immer größeres Angebot an gedruckten Komponenten im Automobilsektor einzuführen und diese Technologie zu konsolidieren.

Die Rallye Dakar ist aus mechanischer Sicht der härteste Automobilwettbewerb der Welt und stellt daher eine der besten Voraussetzungen für den Einsatz von bahnbrechenden Technologien wie dem 3D-Druck dar. Die Universität Nebrija hat eine Vereinbarung mit Sodicars getroffen, einem Fahrzeughersteller und einer Rennplattform mit mehr als 11 Jahren Erfahrung in Automobilwettbewerben und in der Motorsportwelt. Die Vereinbarung konzentriert sich insbesondere auf die Neugestaltung und technologische Verbesserung des BV2-Fahrzeugs von Sodicars. Die Universität Nebrija leitet die technologische Entwicklung und das technische Management des Projekts mit einem Team von Studierenden und Masterstudierenden des Polytechnikums Nebrija. Manolo Plaza, der als Fahrer an mehr als 14 Ausgaben dieser Rallye teilgenommen hat, und seine Tochter Mónica Plaza pilotierten das verbesserte Fahrzeug während des Wettbewerbs.

Im Rahmen dieser technologischen Herausforderung legten die Teams der Universität Nebrija und von ArcelorMittal die Grundlagen und stellten die notwendigen Ressourcen zur Verfügung, damit der Einsatz des 3D-Drucks bei der Entwicklung einiger Komponenten des Fahrzeugs Wirklichkeit werden konnte. Die Zusammenarbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung der Teile, die die Seitenkästen des Fahrzeugs tragen. Obwohl diese Bauteile nur eine sehr geringe strukturelle Funktion haben, sind sie aufgrund ihrer Position am Auto sehr anfällig für Stöße oder die Möglichkeit, von Steinen getroffen zu werden. Da sie sich außerdem in einem der wichtigsten aerodynamischen Strömungskanäle des Fahrzeugs befinden, war es von entscheidender Bedeutung, dass das endgültige Bauteil einen begrenzten Strömungswiderstand aufweist. Diese Anforderungen bedingten den Entwurf des Bauteils im Hinblick auf seinen Bauraum. Das Team von ArcelorMittal brachte seine gesamte Konstruktionstechnik sowie sein Know-how im Bereich der 3D-Drucktechnologien ein, um ein leichtes Bauteil zu entwickeln, das diese aerodynamischen Anforderungen erfüllt. Das Ergebnis ist ein Bauteil mit einer sehr organischen Form, das kaum 800 Gramm wiegt – 20 % unter dem festgelegten Grenzwert – und das den Seitenkasten des Fahrzeugs mit der Bordwand verbindet.

Das Bauteil, das von Ingenieuren mit Spezialisierung auf Design, Computeranalyse und Fertigungsverfahren entwickelt wurde, wurde in den Einrichtungen des FuEuI-Zentrums in Avilés mit Hilfe der Laser-Powder-Bed-Fusion-Technologie (LPBF) gedruckt, um den Anforderungen an Geometrie und Auflösung gerecht zu werden. Für die Herstellung des Bauteils verwendete das F&E&I-Team eine Stahllegierung der Güte 17-4PH, die anschließend wärmebehandelt wurde.

Der Entwurfsprozess berücksichtigte die Punkte, an denen das Bauteil am Fahrzeug befestigt ist, die aerodynamischen Anforderungen und die Simulation der Kräfte, denen es ausgesetzt ist, um den Entwurfsraum zu optimieren. Die gemeinsame Arbeit der verschiedenen F&E&I-Teams ermöglichte es, die endgültigen gedruckten Teile innerhalb von drei Wochen nach Erhalt der Fallstudie herzustellen. Kurze Entwicklungs- und Produktionszyklen für neue Bauteile stellen einen Wettbewerbsvorteil dar, da sie die Anpassung an Änderungen und neue Anforderungen für die betrachtete Anwendung, in diesem Fall für Rennfahrzeuge, erleichtern.

Ausbildung in realen Projekten

Das Projekt “Nebrija to Dakar” wurde ins Leben gerufen, um dieser sportlichen Herausforderung eine schulische und technologische Dimension zu verleihen. Es ist als echtes Universitätsprojekt konzipiert, bei dem die Studierenden die Protagonisten und die zentrale Säule bei der Neugestaltung und technologischen Verbesserung eines Autos für die Rallye Dakar 2023 sind. Das Projekt “Nebrija to Dakar” zielt darauf ab, zur persönlichen und beruflichen Entwicklung der Studiernden beizutragen und die Philosophie des “Learning by Doing” als akademisches Format zur Vorbereitung künftiger Automobilfachleute umzusetzen. In diesem Zusammenhang ermöglichte die Partnerschaft mit ArcelorMittal den Studierenden einen tieferen Einblick in die 3D-Drucktechnologie und eröffnet eine ganze Reihe von Möglichkeiten für das Design der neuen Komponenten, die für das Auto geplant sind.

“Der Designprozess für 3D-gedruckte Teile ist immer eine neue Herausforderung, die Erfahrung im Umgang mit der Technologie und Wissen über das Verhalten des Materials erfordert. Das Projekt Nebrija to Dakar bietet eine neue Gelegenheit, das gesamte von unserem Team entwickelte Wissen einzubringen und es in neuen digitalen Designtools zu nutzen, um eine Reihe einzigartiger, unkonventioneller Lösungen zu erforschen, zu entwickeln und voll auszuschöpfen”, erklären Daniel Vázquez und Sandra García, Forscher im Bereich Design bei ArcelorMittal Global R&D.

“Die additive Fertigung wird in der Zukunft der Mobilität weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Stahl wird sich weiterhin neu erfinden, um sich an einen sich wandelnden Kontext anzupassen, in dem neue Zusammensetzungen, Technologien und die Digitalisierung Möglichkeiten für neue Entwicklungen schaffen werden”, sagt Nicolás de Abajo, Leiter der Forschungszentren von ArcelorMittal.

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