Tragende Kunststoffstrukturen aus dem 3D-Drucker

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Fraunhofer IWU zeigt Screw Extention Additive Manufacturing (SEAM)

Bei granulatbasierten Kunststoffverfahren ist es nun möglich, Produkte hochbelastbar auszulegen und besonders wirtschaftlich herzustellen, auch in geschlossenen Stoffkreisläufen. Das Fraunhofer IWU demonstriert mit einem hochbelastbaren Regal und einem Fahrzeugrahmen, dass sich individuelle Formgebung, niedrige Materialkosten und hohe Tragkraft perfekt zu Produkten mit besonderem Nutzwert ergänzen können.

Projekt Dynalight: tragende Rahmenkonstruktion für den elektrischen Lastenroller aus dem 3D-Drucker. © Fraunhofer IWU

3D-gedruckte Regale aus Kunststoff für batterieelektrische Polizei-Einsatzfahrzeuge

Batterieelektrische Fahrzeuge sind ein wesentlicher Beitrag zur CO2-Reduktion im Verkehrssektor. Das Mehrgewicht der Hochvoltspeicher geht jedoch auf Kosten der erlaubten Zuladung – außer es gelingt, an anderer Stelle Leichtbaulösungen zu finden. Das Fraunhofer IWU und das Unternehmen Mosolf Special Vehicles haben einen Vorschlag, wie gleichzeitig Gewicht reduziert und dennoch der Bauraum optimal ausgenutzt werden könnte: durch ein 3D-gedrucktes Heckregal. Am Beispiel des Mercedes Vito lassen sich so im Vergleich zur bisherigen Nachrüstlösung einschließlich der Beschläge 26,5 Kilogramm einsparen. Dabei bleibt die Nutzlast des Regalsystems vollständig erhalten.

Belastbarkeit und Flexibilität

Auch im neuen Regal darf die untere Schublade mit bis zu 100 Kilogramm beladen werden. Belastbarkeit und flexibler Einsatz des Systems sind wichtige Anforderungen, da die Ausrüstung für die Beamten zunehmend schwerer wird. Ballistische (kugelsichere) Schutzschilde beispielsweise bringen einiges Gewicht auf die Waage. Dennoch muss die Nutzung im Verkehrsdienst, Streifendienst oder bei Großveranstaltungen als Mannschafttransport flexibel möglich sein. Das neu entwickelte Regal schmiegt sich vollständig an die Fahrzeughaut, erfordert keine zusätzlichen Versteifungen oder Befestigungen und nutzt so den Bauraum im Heckbereich bestmöglich aus. In den oberen Fächern finden sogar mehr Gegenstände Platz als bisher, dank einer um acht Prozent vergrößerten Ablagefläche. Selbstverständlich ist das Regal genauso sicher wie die Standardausführung.

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Dynalight: Kunststoffrahmen für Lastenroller aus dem 3D-Drucker

Lastenroller mit elektrischem Antrieb werden künftig eine wichtige Rolle für den emissionsfreien Kurzstreckentransport spielen. Eingespartes Fahrzeuggewicht kommt dabei direkt der Nutzlast zugute. Doch die Sicherheit darf unter einer Gewichtsoptimierung nicht leiden. Ähnlich wie beim Heckregal aus dem Seam-Drucker ersetzt im Projekt Dynalight eine robuste Kunststoffkonstruktion die bisherige konventionelle Lösung, wobei der bisherige Rahmen des Innvelo-Cargo-Scooters der Chemnitzer Forschungseinrichtung ICM aus Stahl bestand. Der neue Kunststoffrahmen spart rund zehn Prozent Gewicht und Kosten.

3D-gedrucktes Heckregal im Polizeiauto spart Gewicht. © Fraunhofer IWU

Selbstverständlich ist der neue Rahmen genauso praktisch wie der alte: Lieferdienste können auf dem Gepäckträger eine Getränkekiste oder eine Thermobox transportieren. Einschließlich Fahrer schafft der Roller etwa 200 Kilogramm Nutzlast. Partner im Projekt Dynalight sind neben dem Fraunhofer IWU das Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau (ICM Chemnitz) und Sauer Creations.

Granulatbasierter und recyclingfähiger 3D-Druck

Für die Herstellung des Regals und der Rahmenkonstruktion des Roller kam die Seam-Technologie zum Einsatz. Seam steht für Screw Extrusion Additive Manufacturing. Der Druckprozess erfolgt, indem über eine modifizierte Extrusionsschnecke Kunststoffgranulat in den Extruder eingezogen und plastifiziert wird. Dabei kann ein Materialaustrag bis zehn Kilogramm pro Stunde erreicht werden. Die entstehende Kunststoffschmelze wird anschließend schichtweise auf der Bauplattform abgelegt. Durch den kontinuierlichen Ablageprozess ist die Fertigung großvolumiger, belastbarer Bauteile möglich.

Wieder ein Schritt zur Kreislaufwirtschaft

Seam trägt außerdem zur Kreislaufwirtschaft bei, da für den Druck beispielsweise auch aus Thermoplast-Rezyklaten gewonnenes Granulat geeignet ist, Kunststoff aus dem vorigen Produkt also nicht „abgewertet“ werden muss. So können aus Kunststoffflaschen nicht nur Parkbänke entstehen, sondern auch hochbelastbare Regale und tragende Rahmen für E-Roller.

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