Formula Students: Mit 3D-Druck zum Sieg

Für die Formula Student entwickelt das Elbflorace-Team der TU Dresden auch in diesem Jahr wieder einen rein elektrisch angetriebenen Rennwagen. Um sich im Wettbewerb Vorteile zu sichern, haben die Studenten viel experimentiert. Gerade dabei helfen schnell gefertigte Teile aus dem 3D-Drucker.

„Der Hauptteil unserer Tätigkeit besteht aus Schrauben und basteln.“, kommentiert Armin Bakkal, im Rennteam verantwortlich für das Thema Sensorik. Der 3D-Druck komme da sehr gelegen, weil damit Bauteile äußerst flexibel an die verschiedenen Erfordernisse anpassbar sind. Das Elbflorace-Team habe sich ganz bewusst für den 3D-Druck entschieden, um kreativ und flexibel agieren zu können. Bakkal vergleicht die Arbeit mit dem Prototypenbau: „Im Prinzip betreiben wir bei dem Bau unseres Rennwagens Rapid Prototyping. Der 3D-Druck passt eben wunderbar ins Bild, weil er schnell, preiswert und flexibel ist. Die Druckqualität und die erreichbaren Toleranzen entsprechen voll den Anforderungen, die sich an 3D-Druck-Teile eines Formula-Student-Wagen stellen.“ Dazu gehören zum Beispiel Halterungen für Sensoren, Gehäuse für Platinen oder auch Armaturen am Armaturenbrett und vieles mehr.

Der Umstieg auf den 3D-Druck hat viele Vorteile mit sich gebracht. Im Falle der Sensorhalterungen war vorher jedes Mal eine mechanische Lösung nötig. Dies stellte sich als sehr teuer, umständlich und unflexibel heraus. Zusätzlich schränkte das Anzahl und Einsatz der Sensoren ein, denn jede Bohrung in einem tragenden Bauteil schwächt die Festigkeit. Die Hightech Teile aus dem 3D-Drucker kann man hingegen sehr unkompliziert an nahezu allen beliebigen Stellen anbringen und sie sind zudem enorm zeitsparend in der Herstellung. Bakkal jedenfalls ist begeistert: „Die Messung des Federwegs über Drehpotentiometer, wie wir es gerade realisieren, wäre ohne 3D-Drucker wahrscheinlich überhaupt nicht möglich gewesen. Man möge sich vorstellen, was es gekostet hätte solch ein Teil aus einem Block Alu zu fräsen…“

Sensoren günstiger integrieren

Ein weiteres interessantes Beispiel sind auch die Gehäuse für die Sensorplatinen. Dort ging die Reise des Elbflorace-Vereins schon von eloxierten Metallgehäusen über Boxen, die aus Kohlefaser laminiert waren bis hin zum schlichten einschrumpfen in ganz viel Schrumpfschlauch. Die jetzigen 3D-gedruckten Gehäuse sind hingegen nicht nur bei der Fertigung mit weniger Aufwand verbunden, sie sind laut Bakkal auch die „funktionalsten, haltbarsten und am besten wartbaren Gehäuse von allen“. Für die Gehäuse aus CFK beispielsweise musste bis dato zunächst eine Form gebaut, die Fasern aufgetragen und anschließend in einem Autoklaven unter hohem Druck ausgehärtet werden Dies entspricht in der Umsetzung mindestens zwei vollen Arbeitstagen pro Box. Beim 3D-Druck wird hingegen das bereits vorhandene CAD-Modell genutzt. Die Datei dazu wird an den 3D-Drucker geschickt, der es innerhalb weniger Stunden fertigstellt. Anschließend ist das Teil einsatzbereit.

Drucker von German Reprap

Die TU Dresden verwendet für Ihre Arbeit den 3D-Drucker German Reprap X400; und vor allem das Material Carbon20, da sich dieses durch seine technischen Eigenschaften hervorragend eignet. Es ist mit 6,2 GPa sehr biegefest, hat eine geringe Bruchdehnung von ungefähr 8 bis 10 Prozent und kann passgenau und verzugsarm verarbeitet werden. Die fertigen Teile sind damit sehr widerstandsfähig und robust.

Florian Bautz, Geschäftsführer der German RepRap GmbH fasst noch einmal zusammen: „In diesem konkreten Anwendungsfall des Elbflorace-Teams der TU Dresden, sieht man sehr schön, wie der 3D-Druck auch für Endprodukte ein tolles Ergebnis liefert.“ Auch werde deutlich, welche Vorteile die Fertigung mittels 3D-Druck bringt. An erster Stelle stehe natürlich die obligatorische Zeit- und Kosten-Ersparnis, doch auch darüber hinaus biete die Nutzung des 3D-Drucks weitaus mehr Gestaltungsfreiraum und die Möglichkeit zum Experimentieren, um am Ende „als Sieger dazustehen“.

Erster Sieg im Kasten

Ende Juli hat das Formula Student Team der TU Dresden e.V. bereits den 1. Platz beim FSAE Rennen in Italien gewonnen und damit einen tollen Start in die Saison geliefert. Der Rennwagen wird auch vom 19. – 21. September auf der Additive Manufacturing Expo in Luzern zu sehen sein, wobei am Montag, den 19. September ein exklusives Rennen geplant ist. Mehr Informationen dazu finden Sie auf der German RepRap Website: https://www.germanreprap.com/messen/.

Elbflorace e.V.

Elbflorace e.V. ist das Formula-Students-Team der Universität Dresden. Die Formula Student (FS) ist eine internationale Rennserie der Society of Automotive Engineers (SAE), die es seit bereits über 25 Jahren gibt. Bei der Formula Student Electric (FSE), die 2009 ins Leben gerufen wurde, konzipieren, konstruieren und fertigen die Studenten einen einsitzigen, rein elektrisch angetriebenen Rennwagen und treten weltweit gegen andere Hochschulteams in statischen sowie dynamischen Disziplinen an. Dabei wird jedes Jahr ein neues Fahrzeug gefertigt. Dieser Rennwagen wird bezogen auf Konstruktion, Kostenplan und Verkaufspräsentation von Experten aus Motorsport-, Automobil- und Zulieferindustrie bewertet. Die Formula Student beweist sich somit als international wirkendes Projekt, welches Studenten aus der ganzen Welt zusammenbringen soll.