3D-Carbon-Drucker: Der Weg zum ultraleichten Fahrradsattel

3D-Carbon-Drucker: Durch hochpräzise und immer leistungsfähigere Verfahren hat sich die additive Fertigung in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt und ist heute ein Kernelement in der digitalen Produktion. In einigen spezialisierten Branchen wie der Medizintechnik ist ­3D-Druck bereits zum Standardverfahren geworden, in der Automobilindustrie wird punktuell mit additiv gefertigten Bauteilen optimiert.

Innovation: Ultraleichter Fahrradsattel

Besondere Aufmerksamkeit in der breiten Öffentlichkeit für die Innovationskraft der additiven Fertigung finden häufig 3D-Druck-Highlights aus dem Consumer-Bereich. Anhand von revolu­tionären Produktneuheiten, die in Design oder ergonomischem Komfort neue Maßstäbe setzen, positionieren sich Markenhersteller als State-of-the-Art – zugleich werden auch branchenübergreifend die Potenziale deutlich. In diesem Jahr stechen hier besonders die neuesten Entwicklungen von Fahrradsätteln heraus. Ein Vorreiter bei innovativen Entwicklungen ist der italienische Sattel-Hersteller Fizik, ein Tochterunternehmen des weltweiten Marktführers Selle Royal. Fizik setzt bereits seit 2019 auf die 3D-Drucktechnologie von Carbon, hat mehrere Bestsellermodelle herausgebracht und aktuell mit dem knapp 200 Gramm leichten „Argo Adaptive“ einen weiteren zukunftsweisenden Fahrradsattel vorgestellt. So zeigt das Beispiel Fizik sehr anschaulich die Möglichkeiten auf, die der 3D-Druck ­Unternehmen und Designern für neuartige Produkte eröffnet. Der Weg dahin führt über die sogenannte „Idea-to-Production“-Plattform von Carbon.

Alles aus einer Hand

Mit der „Idea-to-Production“-Plattform bietet das kalifornische Unternehmen Carbon seinen Kunden ein offenes Ökosystem. Dieses ermöglicht, neue Produktideen zu entwickeln, die von komplexen Industrieteilen über hochpräzise Automobilkomponenten bis hin zu Sportartikeln wie Fahrradsattel und Schuhsohlen reichen. Die Plattform basiert auf drei Säulen: Software, Hardware und Material. Das patentierte Carbon-DLS-Druckverfahren (Digital Light Synthesis) setzt digitale Ultraviolettlichtprojektion, sauerstoffdurchlässige Optik und regulierbare Flüssigharze ein, um Komponenten mit verschiedensten mechanischen Eigenschaften und Auflösungen und einer hohen Oberflächenqualität herzustellen.

Die Plattform umfasst eine Vielzahl von Materialien, die cloud-basierte Software-Suite Design Engine Pro für das Produktdesign, die Definition von Produktionsprozessen sowie eine Auswahl an leistungsstarken 3D-Druckern (3D-Carbon-Drucker). So ist der gesamte Entwicklungszyklus über ein System umsetzbar und ermöglicht innovative Produkte, die sich innerhalb weniger Monate vom Prototyp zur Produktionsreife bringen und anschließend in großem Umfang in Serie herstellen lassen.

High-End-Produkt aus dem 3D-Carbon-Drucker

Das Fahrrad-Unternehmen Fizik nutzt die Vorteile der „Idea-to-Production“-Plattform von Carbon. Spezialisiert auf anspruchsvolle, sportlich orientierte Radfahrer entwickelt Fizik neuartige Sättel, die nicht nur die Leistungsfähigkeit des Produkts verbessern, sondern auch den Komfort für den ambitionierten Radsportler steigern. Bei einem traditionellen Sattel besteht der verwendete Schaumstoff aus den gleichen Grundmaterialien, die im gesamten Polster zum Einsatz kommen. Daher sind diese Sättel entwicklungstechnisch immer nur ein Kompromiss, um ein Standardniveau an Komfort zur Gewichtsverteilung in allen Bereichen der Polsterung zu erreichen. Über die Carbon-Design-Engine-Software und auf Basis von Datenanalysen lässt sich ein 3D-gedruckter Sattel von Grund auf anders gestalten. Die Entwickler können sowohl große als auch kleine Gitterstrukturen verwenden. Im Design sowie während des Druckvorgangs, für den Fizik den L1-Printer von Carbon (3D-Carbon-Drucker) nutzt, lässt sich nahtlos zwischen verschiedenen Polsterzonen unterschiedlicher Nach­giebigkeit wechseln.

Software vereinfacht den Design- und Prototyping-Prozess

Eine Neuentwicklung wie der Fizik Argo Adaptive basiert auf einer extensiven Datensammlung und dem Zusammenspiel von Designern, Sportwissenschaftlern und Ingenieuren. Carbons Software ermöglicht es, die Designbeschränkungen und Volumenschwellen herkömmlicher Fertigungstechnologien zu reduzieren, die Werte bisheriger Projekte hinsichtlich Stoßdämpfung, Spannungsverteilung und Seitenstabilität zu optimieren und zusätzlich die Daten aus 20.000 Testkilometern auf dem Fahrrad zu analysieren, bis es zur Produktion kommt.

Ein großer Vorteil der additiven Fertigung liegt in der Verkürzung des Prototyping, bestätigt auch Alex Locatelli, Product Manager bei Fizik: „Wir haben 120 verschiedene Prototypen auf ihre Auswirkungen auf verschiedene Fahrertypen testen können. Das hätte mit der herkömmlichen Produktion etwa zehn Jahre gedauert. Die Carbon-Plattform ermöglicht es uns, die Bedürfnisse von Radsportlern in Bezug auf Kraftübertragung, Stoßdämpfung, Stabilität und Komfort genau zu erfüllen, ohne die Einschränkungen, die traditionelle Produktionsmethoden oder Materialien wie Schaumstoff mit sich bringen. Die Kombination aus druckbaren Mehrzonen-Gitterstrukturen, Software und leistungsfähiger Hardware für Prototyping und Seriendruck ist bei einem so komplexen Entwicklungsprojekt von großem Vorteil.“

3D-Carbon-Drucker: Die Wahl des richtigen Materials

Auch das verwendete Material ist für die Beschaffenheit des Sattels hinsichtlich Kraftübertragung, Stoßdämpfung und Stabilität entscheidend. Carbon bietet eine breite Palette von unterschiedlichen Harzoptionen an. Die Sattel von Fizik werden mit dem Material EPU 41 von Carbon gedruckt, das eine nahtlose, zonale Dämpfung und hervorragende Stütz- und Kraftübertragungseigenschaften, Dehnbarkeit und Energierückführung aufweist. Dieses Material ist besonders reißfest und flexibel, wodurch es sich im Vergleich zu anderen Elastomer-Werkstoffen besonders gut für die Produktion von Gitterstrukturen eignet.

Von der Idee zur Produktion

Ob additiv gefertigter Fahrradsattel, Sportschuh-Sohle, Football-Helm, Outdoor-Rucksack, aber auch Zahnschiene oder ein spezielles Auto-Bauteil wie ein Verbindungsstück der Handbremse oder des Kühlsystems – die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks sind vielseitiger als jemals zuvor. Und die Effizienz überzeugt immer mehr Verantwortliche in Konstruktion und Entwicklung, auf additive Fertigung umzustellen. Blickt man auf den gesamten Entwicklungsprozess sind die dargestellten Vorteile bei der Sattel-Fertigung auch auf andere Branchen übertragbar. So kann Carbons patentiertes DLS-Verfahren in Kombination mit Software, Material und Hardware eine schnellere Herstellung von Objekten und Produkten im Vergleich zu bisher am Markt etablierten Verfahren erreichen – von der Idee über das Prototyping bis hin zur Serienproduktion.

Der Autor Andreas Tulaj ist Vice President Sales Europe bei Carbon.

Lesen Sie auch: Online-Fertigung: Bauteile schnell und in hoher Qualität anfertigen lassen