Effizienter durch Leichtbau

Ursprünglich für die Luft- und Raumfahrt gedacht, weitet sich der Einsatz von Leichtbau-Bauteilen zunehmend auf den Maschinenbau aus. Dieser Artikel beleuchtet ökonomische und ökologische Vorteile von Leichtbau-Bauteilen und Sie erfahren, wann der Einsatz sinnvoll ist.

Leichtbau, was ist das?

Wikipedia definiert die Leichtbauweise als eine „Konstruktionsphilosophie, die sowohl Gewichtseinsparung als auch die Steigerung der Ressourceneffizienz zum Ziel hat“. 
Somit kann Leichtbau grundsätzlich auf zwei Arten erreicht werden: Zum einen durch die Auswahl eines Materials mit einer geringeren spezifischen Dichte und der daraus resultierenden Gewichtseinsparung oder durch eine Leichtbau-Konstruktion, welche geometrisch so ausgelegt wird, dass das Bauteil die Belastungskräfte ohne Deformation oder sonstige Beschädigungen übersteht. 


Wann macht Leichtbau Sinn?

Leichtbau kommt überall zum Einsatz, wo Masse reduziert werden soll, damit man für die Beschleunigung weniger Energie einbringen oder für die Entschleunigung weniger Belastungskräfte auf den weiteren Komponenten hat. Die bekannten Anwendungsfelder von Leichtbau sind heute in einem Produktionswerk, um die Taktzeit in einer Fertigungslinie zu senken, im Flugzeug- oder Automotivbereich, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren oder in der Medizintechnik im Bereich von Faserverbundstoffen. 


Additive Fertigung ergänzt die subtraktive Fertigung

Bei der Herstellung von Leichtbauteilen wird heute in der Industrie auf bewährte konventionelle Verfahren wie CNC gesteuertes Drehen und Fräsen, Erodieren oder auch Giessen als Urformverfahren gesetzt. Bei den konventionellen Herstellverfahren gibt es aber gewisse physikalische und Fertigungstechnische Grenzen – beim Giessen ist man ab einer gewissen Wandstärke bzgl. der Formfüllung oder dem Abbilden von Hohlräumen eingeschränkt und bei den subtraktiven Fertigungsverfahren aufgrund der Begrenzung der Werkzeugzugänglichkeit, da z.B. hohle Gitterstrukturen nicht herstellbar sind.

Wo die subtraktive Fertigung aufhört, fängt die additive Fertigung an. Bei dem von der Firma Ecoparts eingesetzten „SLM-Verfahren (Selektives Laserschmelzen) wird im Schichtbauverfahren, Schichten zwischen 20µm – 60µm (Werkstoffabhängig) Schicht für Schicht aufgebaut und mittels YAG-Laser lokal umgeschmolzen und eine feste Materialschicht gebildet. Durch den Aufbau von Schichten kann – mit gewissen Einschränkungen bzgl. Überhängen – jede Geometrie konstruiert und gefertigt werden. Dadurch können Wandstärken und Bohrungen von bis zu 0.2mm, Waben- oder Gitterstrukturen und vor allem bionische Geometrien hergestellt werden, ohne einen grossen Teil des Rohmaterials durch einen zerspanenden Fertigungsprozess zu verlieren und danach entweder aufwändig wiederaufzubereiten oder aufgrund der fehlenden Wirtschaftlichkeit als Produktionsabfall zu entsorgen.


Ökonomischer und ökologischer Vorteil durch die additive Fertigung

Im Optimalfall kann ein Leichtbau-Bauteil, welches additiv hergestellt wird, drei zentrale Punkte erfüllen:

  • Tiefere Herstellkosten durch additiven Aufbau
  • Geringeres Gewicht durch geometrische Formfreiheit
  • Schnellere Taktzeit / bessere Qualität im Wertschöpfungsprozess

Fälle, in denen wie oben beschrieben alle Prozessschritte optimiert werden, sind gewiss nicht die Norm bei der additiven Fertigung – aber sie sind unter gewissen Umständen mit den richtigen Voraussetzungen realisierbar. 

Neben dem ökonomischen Vorteil, welcher beim Beschaffungs- oder beim Wertschöpfungsprozess in der Produktion anfällt, ist auch der ökologische Vorteil nicht zu missachten. Bei dem SLM-Verfahren werden lediglich die Ressourcen verbaut, welche effektiv für das Bauteil oder die Supportgeometrie benötigt werden. Sämtliches überschüssiges Pulver, welches während des Baujob´s nicht verschmolzen wurde, kann direkt in der Maschine gesiebt und wiederverwendet werden. 


Metallische Werkstoffe

Da die Firma Ecoparts ein breites Spektrum an möglichen Anwendungen in den verschiedensten Branchen abdeckt, ist auch das Werkstoffportfolio sehr umfassend und man findet für jede Anwendung eine passende Legierung:

Leichtmetalle

  • Aluminium AlSi10Mg
  • Titanium Ti6AlV4

Metalle  

  • Maraging Steel MS1 / 1.2709
  • Stainless Steel 316L / 1.4404
  • Stainless Steel GP1 / 1.4542
  • Stainless Steel CX
  • CobaldChrome MP1
  • Kupfer (Hochrein)
  • Invar 1.3912
  • Nickel Alloy In718 / 2.4668
  • Nickel Alloy HX / UNS 06002

Haben Sie Fragen zu einem unserer Werkstoffe oder benötigen weitere Informationen? Zögern Sie nicht uns zu kontaktieren!

Weitere Informationen
Dienstleistungsgruppen:
Entwicklung, Konstruktion, Datengenerierung
    Design von Teilen für additive Fertigung

Anwendungsbereich:
Maschinenbau und Automatisierungstechnik

Ihre Kontaktperson für dieses Fachwissen
Foto von  Noël Toffolon

Noël Toffolon

Ecoparts AG

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