Motivation und Problemstellung
Um die Potenziale der additiven Fertigung und des Leichtbaus sowohl in der Lehre als auch für die Öffentlichkeit sichtbar und erfahrbar zu machen, wurde auf Basis eines kommerziellen Kickboards ein Demonstrator entwickelt. Dieser wurde bereits mehrfach in Lehrveranstaltungen sowie auf Messen präsentiert.
Demonstrator im Überblick
Ziel war es, einzelne Bauteile bzw. Baugruppen des ursprünglichen Kickboards durch optimierte Konstruktionen zu ersetzen. Diese wurden jeweils im Rahmen von Abschlussarbeiten entwickelt, gefertigt und erprobt, sodass die gesamte Prozesskette der additiven Fertigung abgebildet wird – mit einem Schwerpunkt auf der konstruktiven Auslegung.
Zum Einsatz kamen additive Fertigungstechnologien aus dem Bereich des Polymerdrucks mit Endlosfaserverstärkung sowie pulverbasierte Verfahren für Polymere und Metalle.
Methodik und Umsetzung
Begonnen wurde mit dem Reverse Engineering des Original-Scooters sowie einer messtechnischen Erfassung der Lastkollektive mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) im Realversuch.
Auf Basis dieser Ergebnisse wurde zunächst die Hinterachsaufhängung neu ausgelegt. Ziel war eine Leichtbauoptimierung bei gleichzeitiger Funktionsintegration der Hinterachsbremse in ein einzelnes Bauteil. Dies wurde durch den Einsatz von generativem Design in Fusion 360 sowie durch additive Fertigung auf der SLM 125 mit anschließender Wärmebehandlung erreicht.
In ähnlicher Weise wurde auch die Vorderachsaufhängung optimiert, wobei hier zusätzlich verschiedene Optimierungsverfahren miteinander verglichen wurden. Für die Entwicklung des Decks (Boards) wurde der endlosfaserverstärkte FDM-Druck als Fertigungstechnologie gewählt. Zunächst wurden in einer Vielzahl von Versuchen Materialparameter für unterschiedliche Kombinationen aus Matrix und Fasern ermittelt. Diese Parameter wurden anschließend auf die Geometrie des Decks übertragen, simuliert und iterativ angepasst, bis schließlich ein funktionsfähiges Bauteil auf dem aps Wizard 480+ gefertigt werden konnte.
Aktuell wird eine optimierte Lenkstange mit Höhenverstellung und Klappmechanismus entwickelt. Ein auf der EOS P396 gefertigter, topologieoptimierter Griff wurde bereits realisiert.
Ergebnisse und Erkenntnisse
Das Kickboard wurde von Beginn an als Demonstrator und Lehrmodell konzipiert und konnte bereits auf mehreren Messen ausgestellt sowie in Lehrveranstaltungen eingesetzt werden. Es hat sich sowohl als „Eye-Catcher“ als auch als effektives Lehrmittel bewährt – insbesondere durch die Vielzahl studentischer Abschlussarbeiten, in denen Bauteile praxisnah von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Erprobung umgesetzt wurden.
Das Leichtbaupotenzial konnte ebenfalls nachgewiesen werden: Mit einem aktuellen Gewicht von 3,6 kg gegenüber 4,7 kg des Original-Scooters wurde eine deutliche Reduktion erzielt. Gleichzeitig zeigten alle bisher durchgeführten Fahrerprobungen keine Einschränkungen in der Leistungsfähigkeit.
Weiterführende Informationen
Ansprechpartner:
Prof. Florian Engstler (florian.engstler@unibw.de)
