Hybride Prototypen mit SLS und GFK-Verbundwerkstoffen
Kegelmann Technik sprengt mit hybriden Bauteilen Grenzen des GFK-Fertigungsverfahrens bei der Integration komplexer Funktionsteile. Freiheitsgrade der additiven Fertigung werden mit Class A‑Freiformflächen sehr hoher Steifigkeit und Festigkeit kombiniert.
Hybride Bauteile und Multimaterialkonstruktionen lösen technische Zielkonflikte. Es gilt, ein neues System zu schaffen, das bessere Eigenschaften aufweist als die jeweiligen Einzelkomponenten selbst. Bei der Kombination von GFK-Verbundwerkstoffen mit komplexen Formteilen, die mit dem Selektiven Lasersintern SLS hergestellt werden, hat sich Kegelmann Technik ein umfangreiches Entwicklungs- und Prozess-Knowhow für anspruchsvolle Hybridbauteile höchster Qualität erworben. Die SLS-GFK-Hybridlösung erlaubt geringes Gewicht, hohe E-Modul-Werte und Schlagfestigkeit und gleichzeitig ein Maximum an Designfreiheit und Funktionsintegration.
Handfeste Bauteilmehrwerte bei hybriden Kleinserien
„Unsere Philosophie des Connected Prototyping bedeutet für Kunden Vorteile bei Funktionsintegration, Prozessoptimierung und Ressourceneffizienz. Handfeste Bauteilmehrwerte bei hybriden Kleinserien sind die Folge“, erläutert Stephan Kegelmann, Geschäftsführer der Kegelmann Technik GmbH.
Connected Prototyping meint auch das additive Denken, die Anpassung der Konstruktion an die speziellen Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Technologien, wie z.B. GFK (Faserverbundwerkstoffe) und SLS (Selektives Laser-Sinter-Verfahren). So werden im Rahmen der Prozesskonstruktion die Laminierformen entsprechend der späteren Verbindung mit SLS-Teilen gestaltet und Funktionsstifte, Verbindungspunkte und -flächen definiert. Halterungen, Clips, Rippen und funktionale Baugruppen sind so leichter realisierbar, es gibt einen hohen Grad konstruktiver Freiheit.
Integration komplexer Geometrien und Funktionen in Strak und Freiformflächen höchster Güte
Konkretes Anwendungsbeispiel ist ein Stoßfänger für Automobile mit integriertem Kühlergitter, der im Rahmen der B-Muster-Vorserie in Stückzahlen von etwa 1-15 Stück in seriennaher Qualität benötigt wird. Der Stoßfänger ist ein wesentliches Strak-Element des Automobils, d.h. er muss möglichst aerodynamisch sein und gleichzeitig als kundensichtbares und damit markenprägendes Designelement höchsten technischen und ästhetischen Ansprüchen genügen. Umgebungslichtreflektionen auf diesen Class A Freiformflächen höchster Güte werden anhand des Prototypen optimiert. Auf der anderen Seite müssen die Flächen entformbar sein und Raum lassen für weitere Bauteile und Konstruktionselemente.
Der Stoßfänger selbst wird mit GFK-Laminaten in einer CNC-gefrästen Negativform realisiert. Die spätere Oberfläche des Stoßfängers erhält dadurch eine hohe Genauigkeit und Glätte und stellt quasi die Schokoladenseite dar. Diese wird später durch Lackieren und Chromeffekte veredelt. Die Oberflächenbeschaffenheit der Rückseite ist für Funktion und Design weniger entscheidend und bleibt weitgehend unbehandelt. An den definierten Funktionsstiften und Verbindungspunkten und -flächen erfolgt die Integration der komplexen SLS-Funktionsteile in das Laminat. Das können z.B. detailgetreue Befestigungselemente für das Kühlerschutzgitter oder Sensoren sein.
Vorteile des Werkstoffes GFK-Laminat sind die ausgezeichneten Eigenschaften in Bezug auf Steifigkeit und Festigkeit, geringe Temperaturausdehnungskoeffizienten, geringes Gewicht, hervorragendes Korrosionsverhalten, sehr hohe Ermüdungsfestigkeit und gute Schadenstoleranz z.B. gegen Steinschlag.
Konstruktive Freiheit auch in der Kombination mit Serienteilen
Die Hybrid-Bauweise von GFK-Laminaten mit SLS-Teilen bringt die Vorteile additiver Fertigung und damit einen spürbaren Mehrwert in das Bauteil ein. Die erforderliche Bauteilgenauigkeit und gewünschte Oberflächenbeschaffenheit sowie überhängende Strukturen, Hinterschnitte, Hohlräume, Bohrungen und funktionale Baugruppen sind so leichter realisierbar, es gibt einen hohen Grad konstruktiver Freiheit.
Diese Hybrid-Bauweise wird durch die Bandbreite innovativer Fertigungsverfahren bei Kegelmann Technik und deren Kombinationsmöglichkeiten erst möglich. Für den Kunden bietet dieser Hybridansatz nicht nur die Vorteile geringen Werkzeugaufwandes und damit geringerer Investitionskosten bei der Entwicklung neuer Produkte, sondern auch bei Modellpflege und Derivaten in der späteren Serienphase. Hybrid funktioniert also auch, wenn z.B. das Kühlerschutzgitter aus der Serienproduktion in einen prototypischen Stoßfänger integriert werden soll. Der Zusammenbau des Stoßfängers als SLS-GFK-Hybridlösung erlaubt die ökonomische Produktion von kleinen Stückzahlen.
„Mit schnell verfügbarer seriennaher Qualität in kleinen Losgrößen, Leichtbau auch großer Bauteile, perfektem Finishing in Lack und Chromeffekten sowie viel Designfreiheit helfen wir unseren Kunden bei ihren Herausforderungen“, fasst Stephan Kegelmann die Chancen und Möglichkeiten hybrider Prototypen zusammen.