Optik und Haptik des Endproduktes

Schwerpunkt CAD-CAM

Im Fahrradbereich werden viele Kunststoffteile verwendet, die sowohl feste als auch weiche, verschiedenfarbige Komponenten enthalten. Der Radhersteller Trek kann diese mit dem Objet 500 Connex3 von Stratasys nun erstmals in einem Druckvorgang herstellen.

26. Juni 2018

An Fahrradrahmen aus Carbon versuchten sich seit den 80ern bereits viele Fahrradhersteller – doch sie scheiterten an der komplexen Serienverarbeitung des kohlenfaserverstärkten Kunststoffes. Bis 1992, als es den Ingenieuren und Konstrukteuren bei Trek Bicycle in Waterloo, Wisconsin, USA, erstmals gelang, Carbonrahmen in Serie herzustellen. Seither hat sich der Kunststoff vor allem bei höherwertigen Rennrad- und Mountainbikerahmen etabliert, da er eine größere Gestaltungsfreiheit ermöglicht als klassisches Stahl- oder Aluminiumgeröhr.

Das von Trek entwickelte Herstellungsverfahren mithilfe von Karbonfasern ermöglicht es, rekordverdächtige Leichtbaurahmen zu produzieren, und erlaubt auch die Gestaltung einer besonders aerodynamischen Oberfläche. Ihre Form kann so optimiert werden, dass nicht nur ein geringer Strömungswiderstand, sondern teilweise – etwa bei Scheibenrädern – sogar ein negativer erreicht wird.

Die Ingenieure, Konstrukteure und Techniker beschäftigen sich dabei mit Rädern nicht nur in Theorie, sondern fahren sie auch selbst jeden Tag. Neben einer Innovationskraft, die durch ihre eigenen Erfahrungen und umfangreiche Tests inspiriert wird, hilft ihnen auch ein moderner 3D-Drucker bei der Suche nach dem perfekten Fahrerlebnis.

Die Prototyping-Abteilung von Trek zählte zu den ersten, die den Objet 500 Connex3 von Stratasys einsetzte. Das ist ein Multimaterial-Farb-3D-Drucker, der auf der PolyJet-Technologie basiert. Mit mehr Materialoptionen und einer längeren Betriebszeit als bisher möglich stellt der Drucker Prototypen her, die über die Optik und Haptik der Endprodukte verfügen. Objet500 Connex3 fertigt beispielsweise farbige Bauteile mit klaren, getönten und elastischen Komponenten in nur einem Druckvorgang.

Farbiger Multimaterial-Druck

Die Ingenieure in Waterloo nutzen insbesondere die Möglichkeit, weiche, gummiartige Bauteile in Modelle zu integrieren, die aus ihrem bevorzugten Prototyping-Material, dem robusten Digitalen ABS, 3D-gedruckt wurden.

Dies ist daher wichtig, weil sehr viele Fahrrad- und Zubehörteile sowohl feste als auch weiche Komponenten enthalten. Vor dem Einsatz des Connex3-3D-Druckers hätte die F&E diese erst in separaten Arbeitsschritten fertigen, die 3D-Druckmaterialien wechseln und anschließend die Komponenten zusammenbauen müssen. Um alternativ in einem einzigen Arbeitsschritt drucken zu können, hätte man für die festen Bauteile ein weniger robustes und hochwertiges Basismaterial verwenden müssen.

Wenn der Prototyp die Abteilung verlässt, bemerken die Konstrukteure oder Kunden nach Aussagen des Maschinenbautechnikers Guadalupe Ollarzabal oft gar nicht, dass dieser in 3D gedruckt wurde und je nach verwendetem Material zerbrechlich sein könnte. »Einige der Prototypen der Elektroniktechniker sind extrem klein und haben eine sehr geringe Wandstärke. Manche verwenden sie für Leuchten- und USB-Halter«, sagt Guadalupe Ollarzabal. »Jetzt können wir ein funktionsfähiges Werkstück aus Digitalem ABS und Gummi in einem einzigen Bauteil zum Testen bereitstellen. Ich habe hier ein Beispiel, das wirklich fast wie ein Produktionsteil aussieht«, und zeigt einen Lenkergriff. Zubehör wie Lenkergriffe und Kettenschutz erfordern absolute Realitätsnähe für die Passgenauigkeits- und Funktionstests, wozu auch raue Offroad-Teststrecken gehören.

»Bei unseren Prototypen kommt es darauf an«, sagt Mike Zeigle, Leiter der Prototyp-Entwicklungsgruppe bei Trek, »dass diese wie Endprodukte aussehen und sich auch so anfühlen.«

Es gibt auch Ausnahmen, etwa bei Prototypen für das Marketing: Die werden benötigt, um eine Idee dreidimensional zu vermitteln. So wurden kürzlich auf einer Messe Sättel mit darauf positionierten Beckenknochen-Modellen präsentiert. Für solche Marketinglösungen ist der farbige 3D-Druck sehr nützlich. Das Team konnte Finite-Element-Analysedaten als Muster auf einem 3D-gedruckten Fahrradsattel übertragen, das den Druck veranschaulicht, den ein Fahrer auf die einzelnen Stellen ausübt. »Die meisten Leute denken, dass sie einfach nur auf dem gesamten Fahrradsattel sitzen. Sie üben jedoch auf manche Stellen mehr Druck als auf andere aus. Dieses Muster zeigt die Druckpunkte, sodass die Konstrukteure entscheiden können, an welchen Stellen beispielsweise eine HDF-Polsterung zum Einsatz kommen muss,« so Guadalupe Ollarzabal. Trek legt großen Wert auf solche Details und kann dadurch seine Fahrräder kontinuierlich verbessern. »Und der Connex3-3D-Drucker ist das beste Werkzeug für diesen Zweck«, so Mike Zeigle. hjs

Erschienen in Ausgabe: 05/2018