Bauteile, die bisher mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur massiv und entsprechend schwergewichtig hergestellt werden konnten, können nun mittels 3D-Metalldruck material- und gewichtsoptimiert hergestellt werden – ohne Einbußen in der Stabilität!
Dies ermöglicht eine optimierte Konstruktion des Bauteils unter den Gesichtspunkten der Statik mit Hohlräumen, Stützen und Streben, die dem Bauteil die notwendige Stabilität verleihen.
Gitterstrukturen für Kraftaufnahme und Verformung
Dank der geringen Wand- und Säulenstärken lassen sich mittels 3D-Metalldruck Gitterstrukturen herstellen, die sich optimal für Anwendungen mit Kraftaufnahme und Verformung eignen. Die hohe Zugfestigkeit des gedruckten Materials, vergleichbar mit gegossenen Teilen, sorgt für eine hohe Verformbarkeit und somit Kraftaufnahme durch die Gitterstruktur und verhindert deren Zerreißen. Vorteile dieser Gitterstrukturen sind die hohe Stabilität, der geringe Materialeinsatz und das geringe Gewicht bei gleichzeitig großem Volumen. Damit sind diese gedruckten Gitterstrukturen besonders für Anwendungen im Automobilbau, Bauwesen sowie in der Luft- und Raumfahrt geeignet.
Ein großes Potential bietet die additive Fertigung in Kombination mit dem bionischen Leichtbau. Ein etablierter Leichtbauansatz stellt die Verwendung von Gitterstrukturen dar und ersetzt damit die Massivbauweise. Nur mit bionischen Strukturen lässt sich eine kraftflussgerechte Gestaltung in ihrem Verlauf und Materialfüllgrad umsetzen. Dies verhindert die ungünstigen Spannungszustände innerhalb des Gitteraufbaues, die normalerweise bei regelmäßig aufgebauten Gitterstrukturen auftreten.
Ein wesentlicher Vorteil des Leichtbaues liegt in der Materialreduzierung und der damit verbundenen Gewichtsreduzierung. Dies wird durch Gitterstrukturen oder Wabenstrukturen erreicht, die die Massivbauweise der traditionellen Verfahren ersetzt.
Wo Material reduziert werden kann, kann der Energiebedarf gesenkt werden. Dies spielt z.B. im Automobilbereich bei Beschleunigung von Massen eine wesentliche Rolle. Wo Energie eingespart wird, sinkt automatisch der Treibstoffbedarf. Aber auch bei Produktionsanlagen kann der Energiebedarf reduziert werden und damit die laufenden Betriebskosten gesenkt werden.
Durch die Reduzierung von Material entsteht automatisch mehr Raum um weitere Funktionalitäten integrieren zu können. Es können in Bauteile beispielsweise innenliegende Kanäle mit kleinen Durchmessern integriert werden, wie z.B. : Kühlkanäle, was vorher nicht möglich war. Es kann die Anzahl der Kanäle erhöht werden um damit die Kühlleistung deutlich zu erhöhen. Dies kann nur durch geringe Wandstärken erreicht werden, die <100 micron sind.
Durch die erhöhte Integration von Funktionen im Bauteil können Bauteile kompakter gefertigt werden. Wo früher mehrere Teile notwendig waren, können heute mit der Leichtbauweise 2 oder 3 Funktionen in ein Bauteil integriert werden.
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