Verbesserte Leistung und Eigenschaften von Motorrädern dank 3D-Drucker

Motorrad Fahren hat sich bereits vor einiger Zeit als weit mehr als ein Hobby entpuppt. Es gibt inzwischen eine ganze Reihe an verschiedenen Modellen, Herstellern und auch Zusatzbehör. Da sich auch die Technik hinter Motorrädern immer weiter entwickelt hat, ist es wenig überraschend, dass hier auch der 3D-Druck immer öfter zum Einsatz kommt. Allerdings stand wohl bereits jeder, der sich für den Kauf eines Motorrads interessiert hat, vor der Frage, welches denn das Passende sei. Unterschiede gibt es viele und ganz besonders seitdem sich der spanische Forscher Sergio Corbera mit der spanischen Universidad Nebrija die additive Fertigung hierfür zu Eigen macht. Dieser setzt nämlich für verbesserte Rahmenbedingungen von Motorrädern gemeinsam mit dem Unternehmen ArcelorMittal auf den 3D-Druck.

ArcelorMittal, ein führender Konzern im Bereich der Stahlherstellung, setzte mit Forscher Corbera und der Universität Nebrija den 3D-Druck ein, um somit einen besseren Rahmen für Motorräder herstellen zu können. Dieser 3D-gedruckte Motorradrahmen soll wesentlich leichter sein, als ein vergleichbares Modell, welches traditionell aus Aluminium hergestellt wird. Gleichzeitig gibt es durch den Einsatz der additiven Fertigung allerdings keinen Einfluss auf die Stabilität des gesamten Motorrads.

Die Inspirationsquelle des Motorradrahmens aus dem 3D-Drucker stammt von Vogelknochen (Bild: Universidad Nebrija)

Der 3D-gedruckte Rahmen orientiert sich an Vogelknochen

Der additiv angefertigte Motorradrahmen orientiert sich insgesamt an der Knochenstruktur von Vögeln, und dies hat gleich zwei bedeutsame Gründe: auf der einen Seite sind die Knochen der Vögel hohl, was bedeutet, dass sie sehr dünne Wände haben, gleichzeitig aber sehr stabil sind. Auf der anderen Seite spielt besonders die Design-Flexibilität eine große Rolle hierbei, wie Sergio Corbera erklärt: „Dank unserer generativen Algorithmen haben wir viele Konstruktionslösungen evaluiert, bis wir die beste in Bezug auf die Steifigkeitsbalance gefunden haben. Darüber hinaus ermöglicht die additive Fertigung die Herstellung komplexer Formen. Die Kombination beider Techniken spielte eine Schlüsselrolle bei der Suche nach einer Form, die die gewünschte Steifigkeitsbalance erfüllt. In diesem Sinne bietet die Form ein besseres Gefühl als ein gegossener Aluminiumrahmen, weil die Steifigkeitsbalance besser ist.“ 

Unter Verwendung von Stahlpulver wurden hohle Strukturen durch den 3D-Drucker hergestellt, dessen Wände lediglich 0,8 bis 1,0 Millimeter breit sind. Nach Herstellung des gesamten Körpers des Motorradrahmens kam dieser auf ein Gesamtgewicht von gerade einmal 3,8 Kilogramm. Das macht ihn somit um mehr als 1 Kilogramm leichter als ein traditionell hergestellter Motorradrahmen. Das Besondere hierbei ist aber auch, dass der 3D-gedruckte Stahlrahmen mit 3,8 Kilogramm gerade einmal der Hälfte der Gewichts eines Rohrrahmens aus Stahl entspricht.

Der Motorradrahmen aus verschiedenen Winkeln (Bild: Universidad Nebrija)

Schwierigkeiten bei den Motorradrahmen aus dem 3D-Drucker

Allerdings gibt es nicht nur Vorteile, denn bei der Herstellung mittels 3D-Drucker kommt man schnell an die Grenzen der Wandstärken: dadurch, dass das per Laser geschmolzene Stahlpulver nicht direkt kristalisiert, bleibt die Struktur des Motorradrahmens für eine kurze Zeit instabil. Auch das Clustern der einzelnen Pulverkörner fördert im Endeffekt die ungewollte Porösität des 3D-Motorradrahmens. Damit allerdings diese Problematiken keinen großen Einfluss auf das Endprodukt hat, ist der jeder einzelne Schritt des 3D-Drucks von äußerst großer Bedeutung. So müssen beispielsweise die Hohlkörper des Motorradrahmens stets so geformt werden, dass das überbleibende Pulver problemlos aus der Struktur fallen kann. Corbera hat demnach auch den Überhangwinkel in die Algorithmen mit einbezogen, sodass eine hohle Struktur ohne jegliche innere Stützen entstehen konnte.

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*Titelbildnachweis: Universidad Nebrija