Fahrrad aus dem 3D-Drucker: Superleicht für den Alltag

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Die additive Fertigung ist in der Industrie und im Maschinenbau inzwischen ein fester Bestandteil. Dass auch komplexe Gebrauchsgegenstände schnell, einfach und günstig mit dem 3D-Drucker produziert werden können, zeigt jetzt das Entwickler-Team des Software-Herstellers Core Technologie am Beispiel eines besonders leichten, additiv gefertigten Singlespeed-Bikes.

Das Team des Software-Herstellers Core Technologie (CT) hat erstmals ein Fahrrad aus dem 3D-Drucker, ein besonders leichtes und günstig zu produzierendes Bike aus 3D-Druck-Aluminiumbauteilen (als Verbindungselemente) und Carbon-Standardrohren realisiert. Die voll einsatzfähige Singlespeed-Version des Fahrrads wiegt fahrfertig lediglich 7,1 Kilogramm. Bei Einsatz von noch leichteren Komponenten wie Laufräder, Bremsen und Antrieb ist ein noch geringeres Gewicht um rund sechs Kilogramm möglich, ohne die Funktion und Stabilität des Bikes nennenswert zu beeinflussen.

Einfache und automatisierbare Produktion

Durch die einfachen Arbeitsschritte ist im Gegensatz zur herkömmlichen Produktion von Carbon-Rahmen eine schnelle, unkomplizierte und automatisierte Fertigung möglich. Fahrräder in dieser Gewichtsklasse werden üblicherweise in Asien in einem aufwendigen, manuellen Prozess gefertigt. Dabei müssen Hunderte von kleinen unterschiedlich gestalteten Carbon-Stücken mühsam in einer Form mit Bindemitteln versehen und später in einem Ofen ausgehärtet werden. Das Rahmenkonzept von CT kann hingegen in wenigen Minuten und potenziell sogar voll automatisch hergestellt werden. Hierbei werden die für die individuelle Rahmengeometrie vorgebenden Aluminiumteile als 3D-Modelle an den Drucker gesendet, der die Teile in wenigen Stunden automatisch ausdruckt. Die Carbon-Rohre werden in gewünschten Durchmessern, Längen und Wandstärken automatisch und in kürzester Zeit produziert.

Optimale Rahmengeometrie für das Fahrrad aus dem 3D-Drucker

Die CT-Software-Entwickler haben selbst konstruierte, 3D gedruckte Verbindungsteile aus Aluminium (AlMgSi10) sowie maschinell gefertigte, leichte Carbon-Rohre der Firma Carbonforce kombiniert. Die Rohre wurden mit Hilfe eines hochfesten Zwei-Komponenten-Klebers aus der Flugzeugindustrie verbunden.

Das Projekt wurde innerhalb von nur zwei Monaten von der Idee bis zum fahrfertigen Prototyp realisiert. Das Design hat das CT-Team basierend auf einer existierenden 56-Zentimeter-Rahmengeometrie optimiert und in zahlreichen 3D-Renderings perfektioniert. Durch eine clevere Gestaltung der Rahmenteile lässt sich die Singlespeed-Version zudem mit einer Schaltung aufrüsten.

Jedes Bike ein Einzelstück

Ein interessanter Effekt der Konstruktion ist es, dass die Rahmengeometrie durch eine parametrische Ausgestaltung der CAD-Modelle der gedruckten Verbindungsteile und die Länge der Carbon-Rohre einfach an individuelle Körperformen angepasst werden kann. Hierbei können nicht nur persönliche Körpermaße wie Größe, Innenbeinlänge und Armlänge, sondern auch die Auslegung der Geometrie in Richtung Sportlichkeit oder Komfort individuell berücksichtigt werden. Durch diese Bauweise ist jedes Fahrrad aus dem 3D-Drucker ein auf seinen Besitzer angepasstes Einzelstück. Die Erfahrung zeigt, dass sogenannte „Customized“-Produkte nicht der Logik der Wegwerfgesellschaft entsprechen, sondern länger genutzt werden und somit nachhaltiger sind.

Vorteile leichter Bikes im Alltag

Ein Bike mit sechs bis sieben Kilogramm bietet erhebliche Vorteile beim Handling im Alltag eines Fahrradfahrers, etwa bei der Mitnahme in Zügen oder beim Transport in Wohnungen oder zu Fahrrad-Abstellplätzen. Leichte und einfache Transportmittel sind in Städten bei kurzen Entfernungen eine hilfreiche, zeitsparende und umweltfreundliche Alternative. Ein leichtes und die eigene Kraft äußerst effizient umsetzendes Bike bereitet zudem mehr Fahrspaß.

CT hat in dem interessanten Projekt seine 4D_Additive Software eingesetzt, um Wandstärken zu optimieren, die Oberflächentexturen zu erzeugen und die reibungslose Fertigung der 3D-Druckteile auf der SLM-Maschine des Dienstleistungspartners FKM zu realisieren.

Durch die Freiheitsgrade, die das Computer Aided Design (CAD) in Verbindung mit dem 3D-SLM-Druckverfahren ermöglicht, wurde die besonders leichte und simple Konstruktion erreicht, die durch hervorragende Fahreigenschaften einen Gegentrend zu technisch komplexen und schweren E-Bikes darstellt.

Individuelle Oberflächen-Designs für das Fahrrad aus dem 3D-Drucker

Mit Hilfe des Texturenmoduls der Software 4D_ Addditive kann auch die Oberflächenstruktur der gedruckten Bauteile individuell gestaltet werden. Hierbei können Kunden vorgefertigte Designs von Substance auswählen oder eigene Muster oder ihre Signatur in Form von Bitmaps zu Verfügung stellen. Damit ist es möglich, individuelle, völlig einzigartige Produkte zu liefern, die dennoch automatisiert hergestellt werden können.

Bei Testfahrten hat das 3D-gedruckte Bike bewiesen, dass es robust und belastbar ist und auf unterschiedlich beschaffenen Wegen leicht bewegt werden kann. Das CT-Team hat gezeigt, dass mithilfe aktueller Soft- und Hardware die Fertigung komplexer Alltags- und Gebrauchsgegenstände unabhängig von fragilen Lieferketten möglich ist.

Der Autor Armin Brüning ist Geschäftsführer bei Core Technologie.

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