Kingston University begegnet Herausforderungen des Motorsports mit 3D-Druck

Das Rennteam „Kingston University Electric Racing Formula Student“ (KU e-Racing) besteht erst seit 2012 und hat sich doch schon zu einem der führenden Teams in der Formula Student Electric entwickelt. 2013 und 2014 wurde KU e-Racing im Vereinten Königreich als siegreichstes Formula-Student-Electric-Team in Silverstone ausgezeichnet.
Das in Südlondon ansässige Team hat bislang zwei elektrogetriebene Autos konstruiert. Die erste Entwicklung enthielt noch ein paar weniger geglückte Lösungen, die mit der zweiten ausgemerzt wurden. Zunächst war da ein Lufteinlass, der eine ständig laufende Pumpe benötigte, die jedoch wegen Überhitzung häufig ausgewechselt werden musste. Zudem kommen in Version 2 des Boliden eine Reihe von 3D-gedruckten Komponenten zum Einsatz, die Metallkomponenten ersetzen. Mit den neuen Lösungen konnte KU e-Racing Gesamtgewicht einsparen und die Endgeschwindigkeit des Rennautos verbessern.

Zeit und Gewicht reduzieren

„Additive Fertigung war der logische Schritt, um das Gewicht des Rennwagens zu reduzieren“, erklärt Aldus von der Burg, Leiter des Racing-Teams der Kingston University. „Durch den Austausch von Metallteilen gegen extrem robuste und dennoch leichte 3D-gedruckte Kunststoffkomponenten konnten wir das Gesamtgewicht des Autos senken. Dank der Präzision der 3D-Drucktechnologie von Stratasys war es uns möglich, Bauteile zu entwerfen und im 3D-Druck zu erstellen, die sofort montierbar waren und zudem den Belastungen eines Autorennens standhielten.“
Von der Burg erklärt weiter, dass das Team durch additive Fertigung die Toleranzen bei der Herstellung einhalten konnte. Zudem konnten mehrere Fertigteile gleichzeitig hergestellt werden – das Ergebnis war ein geringerer Arbeitsaufwand und um 40 Prozent reduzierte Produktionszeiten im Vergleich zu traditionellen Herstellungsverfahren.

Mehr Kreativität durch AM

Das KU e-Racing-Team nutzt beispielsweise den leistungsfähigen Thermoplast ABS­plus für die Fertigung des Notausschalters und des Hauptschaltergehäuses, da dieser Werkstoff die gleichen Eigenschaften wie herkömmliches ABS aufweist. Gedruckt wurden die Bauteile auf dem Dimension-Elite-Performance-3D-Drucker von Stra­tasys, den die Kingston University ihr eigen nennt.
„Unsere Hauptsorge beim Design galt der Herstellung von Komponenten, die den hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen des Motorrennsports standhalten können. Mit dem Einsatz von additiver Fertigung konnten wir diese Bedenken ad acta legen“, erklärt von der Burg. „Die Widerstandskraft unserer 3D-gedruckten Bauteile ist gut, insbesondere die Armatur des Notausschalters muss einem plötzlichen Schlag standhalten können, wenn der Knopf im Notfall mit Wucht betätigt wird.“
Während des Designprozesses fiel den Konstrukteuren von KU e-Racing schnell auf, dass 3D-Drucktechnologie zusätzliche Vorteile hat. So lassen sich beispielsweise weitaus komplexere Komponenten fertigen, als das mit herkömmlichen Verfahren möglich ist. Es wurde entschieden, große Teile vom Stratasys Platinum-Vertriebspartner Laser Lines fertigen zu lassen, und so wurde das Gehäuse des Abluftgebläses aus dem Hochleistungsmaterial Ultem 9085 3D-gedruckt.
Das Material ist wegen seiner FST-Zertifizierung und der hohen spezifischen Festigkeit ideal für den Einsatz in der Automobilkonstruktion geeignet. Der Lufteinlass wurde auf dem 3D-Produktionssystem Fortus 400mc von Stratasys aus PC-ABS gedruckt.
„Mit FDM-3D-Drucktechnologie können wir unserer Kreativität beim Design freien Lauf lassen, ein großer Unterschied zu den Einschränkungen und Limitierungen bei traditionellen Verfahren“, sagt von der Burg. „Zudem erlaubt uns der 3D-Druck, die Bauteile an unsere Anforderungen anzupassen und nicht den Entwurf des Autos an den Bauteilen zu orientieren.“
In dem Bemühen, Behinderungen der Luftströmung im Lufteinlass der ersten Version zu beseitigen, änderte KU e-Racing das Design und druckte einen automatisierten Kühlerventilator mit einer offenen Vorderseite. Dieser sorgt dafür, dass die einströmende Luft bei hohen Geschwindigkeiten ungehindert einströmen kann und dass sich der Luftdurchsatz des Systems generell verbessert.
Die enorme Hitzebeständigkeit von PC-ABS stellt sicher, dass der Lufteinlass ausreichend widerstandsfähig ist, um den erhöhten Temperaturen und konstanten Vibrationen, die im Motorrennsport auftreten, standzuhalten.
„Immer mehr Kunden aus der Automobilbranche verwenden die 3D-Drucktechnologie FDM als eine kosteneffektive und schnelle Methode, um Komplikationen beim Design entgegenzuwirken. Sie nutzen die Technologie auch zur Fertigung von Kleinserien gebrauchsfertiger Komponenten“, erklärt Andy Middleton, President Stratasys EMEA. „KU e-Racing ist hier ein gutes Beispiel. Der Einsatz von 3D-Druckmaterialien wie PC-ABS erlaubt es, Hochleistungskomponenten herzustellen, die den Belastungen und Temperaturen des Motorrennsports standhalten können und zugleich das Gesamtgewicht des Autos verringern. In einer Branche, in der es einzig und allein auf die Leistung ankommt, bestätigt es sich erneut, wie wichtig innovative Methoden zur Verbesserung von Herstellungsprozessen sein können.“ jbi