Formula Student Team der Hochschule München setzt auf 3D-Druck von Sinterit
Das Überschreiten traditioneller technischer Grenzen ist das A und O der additiven Fertigung. Wie sich der Zugang zu fortschrittlichen SLS-Technologien für Studenten als wesentlicher Erfolgsfaktor realisiert hat, illustriert das Formula Student Team der Hochschule München.
Die Formula Student ist eine internationale Rennliga bei der Teams von Universitäten aus der ganzen Welt die technischen Grenzen mittels neuer Konstruktionsdesigns laufend neu überwinden. Die Teilnehmer konstruierten die elektrischen, allradgetriebene Kohlefaser Monocoque-Rennwagen selbst und treten in einer Reihe unterschiedlicher Herausforderungen gegeneinander an. Additive Fertigungsverfahren spielen bei der Entwicklung der Boliden sowie in der Überwindung der technischen Limitationen eine essenzielle Rolle. Das Team der Hochschule München, MunicHMotorsport, teilte nun im Zuge einer Case Study ihre Erfahrungen, wie mithilfe eines professionellen Sinterit Lisa Pro 3D-Druckers die Limitationen aus traditionellen Ingenieursansätzen erfolgreich überwunden wurden.
Im Zuge des Wettbewerbs spielen gleich mehrere Eigenschaften der Rennwagen eine wesentliche Rolle. Neben der Geschwindigkeit und dem Meistern der Herausforderungen des Rennens werden auch die Effizienz und Sicherheit des Gefährts bewertet. Die Konstrukteure werden dabei angehalten, innovative Lösungen zu finden, wie diese sich teils widersprechenden Herausforderungen bewältigt werden können. Die Ingenieursteams organisieren sich dabei in Untergruppen, die sich auf verschiedene technische Aspekte wie Fahrwerk, Aerodynamik, Aufhängung und Elektronik spezialisieren. Jedes Team verfolgt dabei seine eigenen Überlegungen wobei die Überbrückung von Grenzen zwischen diesen Domänen Schwierigkeiten bereiten kann.
Vom studentischen Projekt zum echten Ingenieursteam
Die Teams bestehen aus freiwilligen Studenten die teils durch Spenden und Sponsorengelder finanziert werden. Ein ökonomischer Mitteleinsatz stellt daher einen wesentlichen Designgrundsatz dar. Erhält ein Team keine Unterstützung bei der Beschaffung eines bestimmten Teiles, entsteht schnell eine Debatte, ob das limitierte Budget für Komponenten von der Stange investiert werden soll oder mittels das Teil mittels vorhandener Ressourcen selbst angefertigt werden soll.
Wie bei jedem Design Wettbewerb muss MunicHMotorsport jedes System und jede Struktur der Konstruktion optimieren. Neben Gewichtseinsparungen führen auch Verbesserungen der Sicherheit, Fahrerergonomie und Fahrdynamik zu mehr Punkten im Bewerb. Oft werden für solche Optimierungen stark individualisierte Anfertigungen benötigt, die jedoch im direkten Konflikt zu den finanziellen Limitationen der Teams stehen.
Diese Herausforderungen sind mit jenen von internationalen Ingenieuren, die für die renommiertesten Rennställe arbeiten ident. Der Einsatz erstklassiger Werkzeuge und fortschrittlicher additiver Fertigungslösungen hilft den Studenten daher, in die Rolle von Ingenieuren zu schlüpfen.
Wie der Zugang zur Additiven Fertigung helfen kann
Die Designflexibilität bei gleicher Qualität mit nahezu isotropen Eigenschaften von industriellen Fertigungssysteme, macht die additive Fertigung zur ersten Wahl für viele Teams wenn die Domänen verschiedener Spezialisierungen verbunden werden sollen. Ein anschauliches Beispiel bietet dabei die Kabelverschraubung des Chassis. Wie unten ersichtlich werden die Kabel und Schläuche durch die Wand des Kohlefaser-Chassis geführt. Die Teams des Chassis, der Aufhängung und der Elektrik lieferten dafür ihre eigenen Anforderungen zum Design die allesamt mittels 3D-Druck erfüllt werden konnten. Die Sinterit Lisa Pro stellte sich dabei als ein ausgewogenes Werkzeug zur Lösung vieler solcher Probleme dar.
Wie bei den meisten technischen Herausforderungen in der Praxis stellen die Kosten einen wesentlichen Entscheidungsfaktor dar. Viele Teile müssen kostspielig maßgefertigt werden, was oft nur durch Auslagerung an Unternehmen mit entsprechenden Talenten und Maschinen möglich ist. Durch die Maximierung der im Haus hergestellten Teile mittels eines Sinterit Lisa können nicht nur Teilekosten gespart werden, sondern auch Designänderungen für überarbeitete Versionen leicht vorgenommen werden.
In den letzten Jahren konnte die Anzahl von 3D-gedruckten Teile im MunicHMotorsport-Projekt nicht nur deutlich erhöht werden, der Zugang zum kostengünstigen Sinterit Drucker erlaubte dem Team auch die Entwicklung einer größeren Anzahl von Teilen. Da sich mittels SLS Verfahren auch die Anzahl der verbauten Teile reduzieren ließen ist dieser positive Effekt in Realität nochmals höher. Der unten abgebildete „EE-Modulträger“ illustriert eine solche Teilereduzierung. Durch die Verringerung der Teilanzahl ließ sich das Gesamtgewicht und Schwierigkeiten bei der Herstellung verringern und gleichzeitig die Zuverlässigkeit verbessern.
Der aktuelle Rennwagen, der PWeX.20, hat weit mehr als einhundert 3d-gedruckte verbaut.
Schneller, effizienter und kosteneffektiver Problemlöser
Durch die Inhouse-SLS-Lösung ist MunicHMotorsport in der Lage, Probleme schneller und kostengünstiger als zuvor zu lösen. Die Reduzierung der Teilezahl und die Gewichtseinsparungen tragen zur Zuverlässigkeit und Leistung des Autos bei. Die Gestaltungsfreiheit hat den Zusammenhalt des Teams gestärkt und die gleichzeitige Integration von Lösungen verschiedener Sub-Teams ermöglicht. Wir freuen uns auf die Ergebnisse der kommenden Wettbewerbe und wünschen dem Team viel Erfolg bei seinen technischen Unterfangen.
Ein pädagogisches Must-Have und ein echter technischer Wettbewerbsvorteil
Bei der Auswahl einer additiven Fertigungslösung für Bildungszwecke ist ein Kriterium entscheidend: „offene Parameter“. Drucker, deren Einstellmöglichkeiten vom Hersteller eingeschränkt wurden oder die das Arbeiten in einer nur sehr geschlossenen Umgebung erlauben, können früher oder später das Schicksal von Fotokopierern teilen wie man sie auf den Gängen von Universitäten findet. Diese sind zwar schnell, einfach zu bedienen und sauber, es fehlt ihnen aber die Möglichkeit, etwas Neues zu erfinden, zu Neues zu probieren oder einfach nur den Prozess zu erlernen und zu verstehen.