WilliamsF1 setzt Laser-Sintern für seinen Boliden FW28 ein

Die Technologie findet jedoch wichtige neue Anwendungen für das e-Manufacturing von Teilen sowohl für Prototypen in Originalgröße, als auch für die Team-Testwagen und Rennwagen.

Williams setzt seit 1987 Stereolithographie (SLA) für die schnelle Herstellung von Prototypen ein, war sich aber der Nachteile bewusst – lange Bauzeiten, die leichte Zerbrechlichkeit der hergestellten Komponenten, lange Zeiten für das manuelle Finish und die Kosten für das Harz. Der Konzern entschied sich deshalb, robustere Materialien zu verwenden und alternative Prozesse zu entwickeln, um die Anwendungen für Bauteile mittels e-Manufacturing zu erhöhen und die Herstellungszeiten zu verkürzen: Geschwindigkeit ist das A und O im Formel1-Business.

Richard Brady, Leiter der Abteilung Digital Manufacturing bei Williams F1, berichtet: „Bevor wir lasergesinterte Bauteile hergestellt haben, mussten wir häufig die SLA Bauteile in unseren Prototypen erneut anfertigen. Durch wiederholte Nutzung brachen die Teile oft.

Im Gegensatz dazu hatte kein einziges Laser-Sinter-Bauteil einen mechanischen Fehler. Die Komponenten bieten eine höhere Festigkeit, sind dauerhafter und ersetzen zunehmend Teile, die bislang durch andere Verfahren hergestellt wurden.“

Für Anwendungen im Windkanal werden mittlerweile eine wachsende Anzahl von Bauteilen wie Bremsklötze, Spiegel und andere Außenteile mit dem Laser-Sinter-Verfahren hergestellt. Der größte Nutzen dieser Technologie liegt jedoch in der Konstruktion von Prototypen-PKWs, die bis vor wenigen Jahren zu drei gleichen Teilen aus SLA, Aluminium und traditionellen Materialien im Formenbau gebaut wurden.

Heute wird der gesamte Prototyp aus RP-Materialien hergestellt, zwei Drittel davon aus lasergesintertem Kunststoffpulver, ein Verhältnis, das zunimmt. Verwendete Materialien sind glasgefülltes Polyamid, Polystyrol und Alumide – ein aluminiumgefülltes Polyamidpulver, das nach dem Laser-Sintern über ein metallisches Aussehen verfügt und gefräst und gebohrt werden kann.

Bei den Prototypen von dem aktuellen FW28, den WilliamsF1 am 27. Januar 2006 vorgestellt hat, wurden die meisten Motorteile und das gesamte Getriebegehäuse bis auf das Hauptgehäuse auf EOSINT P 385 Maschinen hergestellt. Ebenso die hintere Stoßstange inklusive der Aufhängung, der Bremsen, der vorderen und rückwärtigen Ständer, der Auspuffe und der Hitzeschilder.

Brady fährt fort: „Teile der Karosserie und interne Komponenten, wie die sichtbare elektrische Verdrahtung, können durch die Ingenieure sehr stark beansprucht werden, aber die lasergesinterten Teile haben jeder Beanspruchung widerstanden.“

„Großen Fortschritt erzielen wir auch bei der Qualität und dem Aussehen der Prototypen. Die lasergesinterten Teile passten nahezu jedes Mal perfekt zusammen. Das spart Zeit, die man früher dafür verschwenden musste, um die Komponenten einander anzupassen.“

„Dasselbe gilt auch für Teile, die für unsere Renn- und Testwagen hergestellt werden, da sie sich unter allen sieben oder acht FW28-Wagen austauschen lassen.“

Alle WilliamsF1-Wagen, die in dieser Saison Rennen fuhren, enthielten etwa 20 nicht-belastete Teile, die im Laser-Sinter-Verfahren hergestellt wurden. Dies waren insbesondere solche Teile, die durch andere Verfahren schwierig und zeitraubend herzustellen wären. Typische Beispiele dafür sind elektrische Ummantelungen, Kühlkanäle und das Antennengehäuse, das zuvor aus handbeschichtetem Kevlar hergestellt wurde.

Ein weiteres Bauteil, das WilliamsF1 nicht zu identifizieren bereit war, wird in zwei Tagen per Laser-Sintern für die Testwagen hergestellt. Jedes weitere Modell kostet weniger als £ 1.000. Der traditionelle Herstellungsweg über Werkzeuge kostet £ 25.000 und bedeutet eine Durchlaufzeit von mehreren Wochen. Zwar können die RM-Teile bei Rennwagen für diese spezielle Anwendung nicht verwendet werden, da ihre thermischen Eigenschaften nicht geeignet sind. Dennoch wird durch das Laser-Sinter-Verfahren die Entwicklungszeit in der frühen Designphase merklich verkürzt, und die Ausgaben für Änderungen oder erneuten Bau von Werkzeugen werden vermieden.

Ein einfaches Beispiel für RM, das Brady gerne im Detail erläutert, sind die Klammern, die am Fahrwerk unter den Beinen des Fahrers angebracht sind, um hydraulische Schläuche und elektrische Anlagen abzudecken. Zu Beginn dieser Saison musste die hydraulische Anlage des FW28 in einer Woche – rechtzeitig für den neuen GrandPrix – neu entworfen und getestet werden. Als Teil dieses Prozesses mussten die Klammern abgeändert und neu produziert werden.

Die Aufgabe war nicht einfach, da für jeden Boliden vier unterschiedliche Klammertypen angefertigt werden mussten. Halterungsmuscheln unterschiedlicher Größen wurden eingesetzt, die um die Schläuche und Drähte mit unterschiedlichen Durchmessern eingepasst wurden. Außerdem musste die Unterseite der Klammern in 3D geformt werden, um der Kontur des Fahrersitzbodens zu entsprechen. Die Reihe von vier Klammern für jeden der acht Wagen inklusive Ersatzteile wurde über Nacht voll automatisch auf einer einzigen EOSINT P 385 hergestellt. Die Klammern waren rechtzeitig am nächsten Morgen fertig, der Bauprozess betrug lediglich vier Stunden.

Früher wären die Klammern aus solidem Aluminium gefräst worden. Das hätte zwei Stunden Programmierung des CAD Modells und zusätzlich dazu Zeit für die Nachbearbeitung bedeutet. Daraufhin hätte man einen halbstündigen Zyklus für die maschinelle Bearbeitung benötigt, um jede Klammer in zwei Arbeitsgängen herzustellen. Zusätzlich hätte ein Facharbeiter den Ablauf überwachen und die Teile manuell befördern müssen.

Brady fasste zusammen: „Wir machen ständig Fortschritte, indem wir das Laser-Sinter-Verfahren in unserer Produktion einsetzen und ernten die damit verbundenen Vorteile: reduzierte Kosten und kürzerer Fertigungszeiten vom CAD-Bildschirm bis zum reellen Produkt.“

„Es gibt zweifelsohne eine gewisse Tendenz, diese und andere „schnelle“ Technologien eher als RP (Rapid Prototyping) anstatt als RM-Disziplin zu sehen. Aber hier liegt der Schwerpunkt eindeutig darin, diese Verfahren – und insbesondere das Laser-Sintern – für die Herstellung zu nutzen.“

„Ich sehe voraus, dass die Technologie weiter in die Welt der herkömmlichen Produktionsverfahren eindringen wird. Die einzige Grenze ist die eigene Vorstellungskraft: wenn man etwas in CAD entwerfen kann, kann man es auch herstellen! Die lasergesinterten Teile sind sehr widerstandsfähig und eignen sich für eine Fülle von anspruchsvollen Anwendungen.

Über EOS
EOS wurde 1989 gegründet und ist heute Weltmarktführer im Bereich Laser-Sintern. Laser-Sintern ist die Schlüsseltechnologie für e-Manufacturing. Schnell, flexibel und kostengünstig entstehen Bauteile direkt aus elektronischen Daten, Schicht für Schicht. Das Verfahren beschleunigt die Produktentwicklung und modernisiert Produktionsprozesse. EOS hat sein letztes Geschäftsjahr am 30. September 2006 mit einem Umsatz von über 50 Millionen Euro abgeschlossen und setzt damit sein kontinuierliches Wachstum fort.
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