Honda optimiert LPBF-Verfahren und steigert die Effizienz

Der japanische Automobilhersteller Honda hat kürzlich enthüllt, wie er den 3D-Druck zur Effizienzsteigerung einsetzt. Die Technologie der Wahl des Unternehmens? Laser-Pulverbett-Fusion (LPBF). Mit dieser Technologie der additiven Fertigung von Metallen lassen sich komplexe Geometrien herstellen, die durch Gießen oder Schmieden nicht zu erreichen sind. Sie eignet sich für die schnelle Herstellung von Einzelstücken oder kleinen Mengen verschiedener Produkte. Allerdings ist das Verfahren nicht ohne Herausforderungen. Daher haben die Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen von Honda eine Simulationstechnologie zur Verformungsvorhersage eingeführt, um die Ineffizienzen zu beseitigen, mit denen sie bei dieser Technologie konfrontiert sind.

Eine der wichtigsten Maßnahmen zur Optimierung der LPBF-Praxis in den Honda-Werken betrifft die Gaszirkulation. Während des LPBF-Prozesses wird ein Inertgas in der Kammer zirkuliert, um eine sauerstofffreie Umgebung zu schaffen. Der Zweck dieses Gases besteht darin, Dämpfe und Spritzer, die durch das schmelzende Metall entstehen, zu entfernen und zu verhindern, dass Sauerstoff in das Teil gelangt. Andernfalls kann der Sauerstoff Hohlräume und Defekte im Produkt verursachen.

Das Unternehmen erläuterte, dass je größer der Baubereich ist, desto anfälliger ist er für externe Störungen. Dies liegt daran, dass in Bereichen auf der windabgewandten Seite, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases langsam ist, Rauch und Metallspritzer nicht entfernt werden können, was zu Modellierungsproblemen auf dieser windabgewandten Seite führt. Die Lösung des Teams besteht darin, eine Hochgeschwindigkeitskamera einzusetzen, um den Status der Spritzerentfernung für jede Schicht zu überprüfen. Auf diese Weise können sie die Ursache des Problems ermitteln, indem sie die Spritzerentfernung mit der Windgeschwindigkeitsverteilung vergleichen, die sie mit einem Windgeschwindigkeitssensor messen. Anhand dieser Daten können sie die Windgeschwindigkeit optimieren und genaue Bedingungen für den gesamten Modellierungsbereich festlegen.

Honda nutzt diese Methode von trial and error und der Datenerfassung, um weitere Aspekte des LPBF-Verfahrens zu verbessern. Durch die Aufnahme von Bildern jeder Schicht, um den Schmelzzustand sowie die Temperatur und die Laserleistung zu überprüfen, kann das Team das Material, den Laser und den Gasfluss besser verstehen.

Sobald ein Teil gefertigt ist, testet das Honda-Team auch dessen Zugfestigkeit. Ziel ist es, Teile zu formen, bei denen die einzelnen Schichten keine Lücken aufweisen. Wenn die Laserleistung nicht stark genug ist, sind die Kügelchen, in denen das Metallpulver schmilzt und erstarrt, zu klein, was zu einer unzureichenden Schichtdicke und Lücken im Teil führt. Durch die genaue Überwachung der Prozesse kann das Team die Verfahren optimieren und qualitativ hochwertige Teile gewährleisten.

Wie nutzt Honda den 3D-Druck?

Honda nutzt und unterstützt seit langem die additive Fertigung. Im Jahr 2016 druckte das Unternehmen Komponenten für sein Micro Commuter-Fahrzeug in 3D, und im Jahr 2020 wurde das Auto mit 3D-gedruckten Leichtmetall-Kurbelwellen aktualisiert. Im Jahr 2023 machte Honda auch Schlagzeilen, weil es in Seurat Technologies investierte, ein AM-Unternehmen, das sich auf die Herstellung von Metallteilen konzentriert. Diese neuesten Nachrichten von Honda betonen zwei verschiedene Anwendungsfälle: Teile für die Formel 1 und Lenkstangen für Rollstuhlfahrer.

Formel-1-Teile

In der Formel 1 sind Gewichtsoptimierung und Bauteilfestigkeit entscheidend. Aus diesem Grund setzt Honda seit 2020 AM ein, um schnell einzigartige Teile mit komplexen Formen und dünnen Wänden herzustellen. So hat Honda beispielsweise den 3D-Druck von Metallen zur Herstellung von Kolben eingesetzt, die früher aus geschmiedetem Aluminium gefertigt wurden. Jetzt wird Eisen verwendet, das ein höheres spezifisches Gewicht als Aluminium hat, d. h. es wäre normalerweise schwerer als Aluminium. Aber dank AM kann Honda Eisenteile fertigen, die leicht und stabil genug sind, um dem Verbrennungsdruck standzuhalten.

Ein weiteres F1-Teil, das mit LPBF hergestellt wird, sind Turbinengehäuse. Früher wurden diese im Feingussverfahren hergestellt, jetzt werden sie im AM-Verfahren aus Inconel, einer hochhitzebeständigen Nickelbasislegierung, gefertigt. Diese Turbinengehäuse und Kolben konnten die strengen Maßnormen erfüllen und gleichzeitig die Produktionszeit verkürzen und die Kosten senken.

Lenker von Rennrollstühlen

Honda stellt ebenfalls Rennrollstühle her und verwendet den 3D-Druck zur Herstellung seiner Aluminiumlenker. Das Besondere an diesen Lenkern ist, dass sie an den Athleten angepasst werden können. Traditionell wurden diese Lenker zusammengeschweißt, was eine individuelle Gestaltung erschwerte. Mit der additiven Technologie konnten sie nicht nur Lenker für bestimmte Athleten herstellen, sondern sie auch gewichtsoptimiert mit Mesh-Griffen versehen, ein Design, das nur mit AM möglich ist. Anstatt dass sich der Mensch an die Objekte anpasst, werden die Objekte an den Menschen angepasst, während gleichzeitig die Leistung eines Teils verbessert wird.

Honda setzte bei der Herstellung der Lenker auf Topologieoptimierung, um sicherzustellen, dass die Strukturen so effizient wie möglich sind und keine unnötigen Komponenten enthalten. Die Lenker und die Teile für das Formel-1-Auto sind nur zwei Beispiele dafür, wie die Kultmarke AM einsetzt, aber es wird sicher noch viele weitere Anwendungsfälle geben. Um mehr über die Arbeit von Honda mit AM zu erfahren, klicken Sie HIER.

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*Bildnachweise: Honda