ADDITIVE MANUFACTURING

Entwicklung nachhaltiger Fahrzeuge

Mit 3D-Druck die Zukunft der Mobilität gestalten

ETHEC city ist ein Schweizer Studentenprojekt mit dem Ziel, die Mobilität von morgen mit den Technologien von heute grundlegend zu verändern. Um für die Herausforderungen des Klimawandels und der Nachhaltigkeit gerüstet zu sein, entwickelt das Team ein Elektromotorrad mit einem ausgeklügelten Zweiradantrieb, der Energie spart und die Reichweite verbessert.

Tobias Oesch studiert Maschinenbau an der ETH Zürich und ist technischer Leiter des Projekts ETHEC city. In einem Team von neun weiteren ETH-Studierenden stellte er sich der Herausforderung, in nur einem Jahr den Prototyp eines Elektromotorrads zu entwickeln – vom Konzept über die Konstruktion, bis hin zur Montage und Testphase. Tobias war motiviert, eines der aktuellen Hauptthemen des Automobilsektors anzugehen: die Nachhaltigkeit. «Wenn wir die Probleme des Klimawandels in den Griff bekommen wollen, müssen wir vor allem unsere städtische Mobilität stark verbessern», betont er. «Motorräder sind effizienter als gewöhnliche Autos, aber wir sehen auf unseren Strassen kaum rein elektrische Motorräder – das muss sich ändern.»

Ein innovativer Zwei-Naben-Motor

Bei gewöhnlichen Motorrädern gehen rund 80 % der Energie gerade am Vorderrad verloren, was die Reichweite von elektrischen Fahrzeugen deutlich verringert. Der Ansatz des Teams zu dieser Problematik ist schlicht genial: «Wir haben uns entschieden, auch im Vorderrad einen Elektromotor zu integrieren, so dass wir ihn als Generator nutzen können, um die gesamte Bewegungsenergie wieder in das System zurückzuführen», erklärt Oesch. Durch die Rückgewinnung der Bremsenergie mit einem Zwei-Naben-Motor wird es möglich, mit einer kleineren Batterie weitere Strecken zu erreichen und somit die Effizienz des Motorrads drastisch zu verbessern. Für die Studierenden ist das Projekt aber Teil eines grösseren Ganzen: «ETHEC city ist für uns in erster Linie ein Forschungsprototyp, um diese Rekuperati-

Tobias Oesch (technische Leitung ETHEC) ist überzeugt, dass Motorräder eine bedeutende Rolle in der E-Mobilität der Zukunft spielen werden.

onsmethode zu untersuchen und damit den E-Mobilitätssektor in Zukunft zu verbessern», so Oesch.

Mehr Freiheiten durch 3D-Druck

Mit einem kleinen Budget und einem engen Zeitplan für den Bau des Motorrads erwiesen sich herkömmliche Fertigungsmethoden bald als ungeeignet für das Team. «Da es sich um einen Prototyp handelt, brauchten wir oft nur einzelne Werkstücke und nicht tausende – für solche Fälle sind additive Technologien ideal», betont Oesch. Das Team entschied sich für Stereolithografie (SLA), Selektives Lasersintern (SLS) und Selektives Laserschmelzen (SLM), um mehrere Designteile des Gehäuses, aber auch strukturelle Komponenten wie die Halterung der Fussrasten 3D zu drucken. Oesch unterstreicht die gewonnenen Freiheiten durch den Einsatz dieser Technologien: «Mit dem 3D-Druck kann man komplexere Strukturen konstruieren, was die Möglichkeit bietet, mehrere Funktionen in einem Bauteil zu kombinieren.» Weniger Teile bedeuten geringere Kosten und vor allem weniger Gewicht – ein entscheidender Vorteil, insbesondere bei Fahrzeugen.

Bald werden die ETH-Studenten ihr Projekt abgeschlossen haben und den Prototyp testen.

Lasersintern als treibende Kraft

Die Anforderungen an die 3D-gedruckten Objekte waren hoch, da sie für den Einsatz als funktionale Bauteile entwickelt wurden: Sie sollten nicht nur leicht, sondern auch langlebig und belastbar sein – Materialeigenschaften, die gut auf das Selektive Lasersintern zutreffen. Als die Studenten nach Partnern Ausschau hielten, beschloss der in der Schweiz ansässige Hersteller von SLS-Druckern, Sintratec, mehrere Komponenten zur Unterstützung des Projektes zu sponsern. In der Folge wurden Teile wie das Gehäuse für das Display oder die Tankklappe auf dem Sintratec S2 System mit Sintratec PA12-Nylonpulver lasergesintert – mit überzeugenden Ergebnissen. «Die Qualität der Sintratec-Produkte war ausserordentlich präzise mit einer sehr guten Oberflächenqualität», schwärmt Oesch. «Besonders das Displaygehäuse musste stabil genug sein, Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen standzuhalten und auch robust genug, um ohne Verformung eingesetzt werden zu können.» Für den ETH-Studenten haben die SLS-Komponenten diese Ansprüche erfüllt.

Eine vielversprechende Zukunft für die E-Mobilität

Nach der Lackierung verbaute das Team die Sintratec-Teile und steht nun kurz vor der Fertigstellung ihres Prototyps. «Wir ha-

Hohe Haltbarkeit und Festigkeit: Das SLS gedruckte Gehäuse des Displays und die Tankklappe. ben es geschätzt, mit einer ebenfalls in der Schweiz ansässigen Firma zusammenzuarbeiten, da wir so einen sehr persönlichen Kontakt und keine Lieferverzögerungen hatten», erklärt Oesch. Wie lautet sein Urteil über die SLS-Technologie? «Für unsere Anwendung war SLS die beste Fertigungslösung. Wenn es jedoch um grössere Serien geht, kann sie sehr teuer werden, und ich denke, der Weg zur Massenproduktion ist noch weit.» Mit einem System wie der Sintratec S2 – das sich auch für Klein- und Mittelserien eignet – ist das Potenzial für die Industrie offensichtlich. Oesch fasst zusammen: «Meiner Meinung nach hat die SLS-Technologie im Automobilsektor definitiv ihren Platz. Sie wird vor allem im Prototypenbau und bei der Entwicklung von Fahrzeugen für die Zukunft eine wichtige Rolle spielen.» Eine Zukunft der Mobilität, die hoffentlich von Projekten wie ETHEC city geprägt sein wird.

Kontakt Sintratec AG CH-Badenerstrasse 13 5200 Brugg +41 56 552 00 22 www.sintratec.com

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MakerBot-Bericht über das Potenziale der additiven Fertigung

Unternehmen planen Investitionen in 3D-Druck

Die Umfrageergebnisse einer Studie zeigen verstärktes Vertrauen in das Potenzial des 3D-Drucks zum Verändern von Geschäftsabläufen. Über die Hälfte der Umfrageteilnehmer haben vor, im kommenden Jahr bis zu 100000 US-Dollar in 3D-Druck-Technologie zu investieren.

MakerBot, als Tochtergesellschaft von Stratasys Ltd., ein führendes Unternehmen im 3D-Druck, hat Ergebnisse aus dem neuen Bericht zu 3D-Druck-Trends veröffentlicht. Dafür befragte MakerBot über 1200 Fachkräfte aus unterschiedlichen Branchen, beispielsweise Luft- und Raumfahrt, Industriegüter, Militär und Verteidigung, Medizin sowie Automobilindustrie. Die wichtigsten Ergebnisse: Knapp zwei Drittel (74 %) der Befragten planen für 2021 Investitionen in 3D-Druck-Technologie; 50 % der Befragten werden voraussichtlich über 100 000 US-Dollar investieren. «Die Umfrageresultate bestätigen, was wir schon seit einiger Zeit wissen: 3D-Druck

Info MakerBot befragte vom 21. bis zum 26. August 2020 über 1200 Fachkräfte aus dem eigenen globalen Netzwerk. Die Umfrageteilnehmer waren in Nordamerika (50 %), Europa (20 %), Asien (13 %), Ozeanien (6 %), Lateinamerika (4 %), Südamerika (4 %), Afrika (2 %) sowie im Nahen Osten (1 %) ansässig. Die Befragten gehören über 20 Branchen an, darunter Militär und Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizin und Zahnmedizin, Industriegüter, Kunst und Unterhaltung sowie Konsumgüter. Die Tätigkeitsbereiche der Befragten sind unterschiedlich: 37 % arbeiten auf dem Gebiet Technik oder Entwicklung, 20 % im Bereich Konstruktion/Gestaltung, 9 % im Druck-/Laborbetrieb, 9 % in leitenden Managementpositionen, 7 % in der Produktion bzw. Fertigung, 1 % in der Beschaffung, 1 % im Lieferkettenbetrieb und 16 % in anderen Positionen innerhalb ihres Unternehmens. hat das Potenzial, die Geschäftsabläufe zu verändern», konstatiert Nadav Goshen, der CEO von MakerBot. «In den letzten zwölf Monaten hatten Unternehmen mit einigen Herausforderungen zu kämpfen. Unter solchen Bedingungen wäre es nicht ungewöhnlich, die Kapitalaufwendungen bis auf die allerwichtigsten Investitionen zurückzufahren. Im Bereich des 3D-Drucks ist das aber ganz klar nicht der Fall. Covid-19 hat bei knapp 70 % der Befragten die Geschäftsprozesse beeinträchtigt, aber 56 % gaben an, dass sich die Pandemie nicht auf ihre Pläne für Investitionen in 3D-Druck ausgewirkt hat. Auf die Frage nach ihren Investitionsplänen für das kommende Jahr antworteten 74 %, dass sie nach wie vor in 3D-Druck investieren wollen. Das ist eine sehr positive Reaktion – unserer Meinung nach zeigt sie wachsendes Vertrauen in das Potenzial des 3D-Drucks, die Widerstandsfähigkeit und Reaktionsfähigkeit sowie letztlich auch die Rentabilität des Geschäftsbetriebs zu verbessern.»

Eine Technologie auf dem Vormarsch

Dies sind weitere wesentliche Ergebnisse des MakerBot-Berichts zu 3D-DruckTrends: – Individualisierung ist bei den Umfrageteilnehmern der Hauptgrund für den

Einsatz von 3D-Druck. Die Befragten wünschen sich die Möglichkeit, individuelle Produktionsteile in kleinen bis mittleren Auflagen anzufertigen (68 %) und komplexe Geometrien zu drucken (57 %). – Bei Forschung und Konstruktion spielt 3D-Druck weiterhin eine deutlich grössere Rolle. Konzeptmodellierung (70 %), Funktionsprototypen (66 %)

sowie Forschung und Entwicklung (44 %) waren die wichtigsten Einsatzzwecke bei den Umfrageteilnehmern. – Druckqualität und Druckerleistung sind bei der Auswahl eines 3D-Druckers die wichtigsten Kriterien. Ein 3D-Drucker ist immer nur so gut wie die mit ihm gedruckten Teile. Die Befragten gaben an, bei der Druckerauswahl vor allen auf

Masshaltigkeit (61 %) und Zuverlässigkeit (65 %) zu achten. – FDM-3D-Drucker sind an der Spitze.

Unter den verschiedenen 3D-Druck-

Technologien kommt FDM nach wie vor am häufigsten zum Einsatz. Die meisten Umfrageteilnehmer (77 %) nutzen

FDM/FFF-3D-Drucker, 27 % setzen das

SLA-Verfahren ein. Wenig überraschend waren Kunststoffe (93 %) und Harze (25 %) die am stärksten verwendeten

Materialien. – Kosten und fehlendes Fachwissen sind bedeutende Hinderungsgründe, die der

Einführung von 3D-Druck im Weg stehen. 53 % der Befragten gaben an, durch Budgeteinschränkungen von einer kompletten Nutzung des 3D-

Drucks abgehalten zu werden; bei 29 % ist mangelndes technisches

Know-how der Grund dafür. – Die Befragten prognostizieren für die nächsten drei bis fünf Jahre eine Weiterentwicklung bei Technologie, Materialien und Anwendungen. 61 % der Umfrageteilnehmer erwarten, dass weitere

Materialien auf den Markt kommen; 58 % gehen von sinkenden Kosten der

Technologie aus.

Kontakt In der CH: 3D-EDU GmbH Badenerstr. 556, CH-8048 Zürich +41 44 492 11 22 info@3d-edu.ch, www.3d-edu.ch n