Formula Student: Rennmotor aus dem 3D-Drucker

Das Studententeam SZEngine aus Ungarn hat den weltweit ersten 3D-gedruckten Formula Student Rennmotor im SLM-Verfahren hergestellt. Alle Hauptteile des 55 PS starken Einzylindermotors sind mit Hilfe der additiven Fertigung auf einer SLM 280 entstanden. Das Projekt ist Teil einer Kooperation mit dem Motorenlaufcenter (MAC) Audi Hungaria in Gyor.

15. Oktober 2018
Györkös Szabolcs und Gyuris Attila von SZEngine mit dem Formular Student Rennwagen.
Bild 1: Formula Student: Rennmotor aus dem 3D-Drucker (Györkös Szabolcs und Gyuris Attila von SZEngine mit dem Formular Student Rennwagen.)

Das Studententeam SZEngine designet und entwickelt Rennmotoren für Teams, die an der Formular Student teilnehmen. Die Formula Student ist eine internationale Rennserie, bei der Studenten Rennwagen entwickeln und bauen sowie anschließend Rennen bestreiten. Dem SZEngine Team ist es nun gelungen, einen kompletten Motor mit Hilfe des selektiven Laserschmelzens herzustellen. Dafür nutzten sie exklusiv die SLM Maschine des Motorenlaufcenters (MAC) Audi Hungaria.

Das selektive Laserschmelzen ist eine der zentralen Schlüsseltechnologien für die Fertigung von funktionalen Prototypen, Serienbauteilen und Komponenten in verschiedensten Branchen. Neben einer nie dagewesenen Designfreiheit, ist die Herstellung von Leichtbaukomponenten einer der zentralen Vorteile der additiven Fertigung in der Automobilindustrie. Mit der SLM®280 2.0, die über einen Bauraum von 280 x 280 x 365 mm3 und die patentierte Mehrstrahllasertechnik verfügt, können metallische Bauteile für die Serienproduktion und die Einzelfertigung mit individuellen Parametern hergestellt werden.

Als Pilotprojekt druckte SZEngine zunächst die Steuerungsseite des Zylinderkurbelgehäuse (ZKG). Da das Bauteil jedoch für die konventionelle Bearbeitung konstruiert worden ist und somit zu viele Stützstrukturen nötig waren, entschied sich das Team für eine 3D Druck-gerechte digitale Umkonstruktion des Bauteils. Diese setzte Dániel K?vári, damals der ZKG Konstrukteur im SZEngine Team, um. Um den Motor – „3D gedruckten Motor” – nennen zu können, konstruierte das Team im Nachhinein auch alle weiteren Hauptkomponenten des Motors um. Insgesamt neun Teile des Motors sind so mit Hilfe der SLM® Technologie entstanden. Neben dem zweiteiligen Kurbelgehäuse, dem Zylinder, dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube, auch der Kupplungsdeckel, der Steuerdeckel, der Ölfilterdeckel und der Ölpumpendeckel. Nach der Fertigung auf der SLM Maschine wurden die Bauteile zunächst beim Motorenanlaufcenter (MAC) mechanisch bearbeitet und vermessen. Nachdem sie am Prüfstand des SZEngine Teams erstmal einzeln und dann zusammengebaut getestet wurden, folgte der Einbau in den Testwagen des Teams.

Drucken statt fräsen

Das Projekt startete im Jahr 2016 als Zoltán Dudás – 3D Metalldruck Spezialist bei Audi Hungaria – den Auftrag bekam, einen voll funktionsfähigen Motor mit der SLM 280 zu drucken. Zwischenzeitlich hatte sich ebenfalls das SZEngine Team bei MAC erkundigt, ob Motorteile in Zusammenarbeit gefräst werden könnten. Dudás entschied sich, die beiden Projekte zu verbinden und eröffnete dem Studententeam die Möglichkeit, die gewünschten Teile nicht nur zu fräsen, sondern direkt mit der SLM 280 zu drucken. Vom Ergebniss ist nicht nur Dudás begeistert, auch Ralf Frohwerk, Global Head of Business Development bei SLM Solutions, freut sich über das zukunftsweisende Projekt: „Das Vertrauen unser Kunden in die SLM Technologie wächst jeden Tag zunehmend. Mit diesem beeindruckenden Projekt von SZ Engine und Audi Hungaria in Gy?r wird veranschaulicht, dass der metallbasierte 3D Druck nicht für Prototypen sinnvoll eingesetzt werden kann, sondern dass er serientauglich ist, insbesondere heute schon für Kleinserien. Des Weiteren zeigt hier ein Kunde, der Erfahrung im 3D gerechten konstruieren gesammelt hat, dass Funktionsoptimierungen und sowie in diesem Fall Leistungssteigerungendurch AM erzeugt werden können.