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3D-gedruckter Fahrradrahmen Optimiertes Design für additiv gefertigtes Bike

Redakteur: Rainer Graefen

Renishaw hat die Software "SolidThinking Inspire 9.5" verwendet, um den ersten 3D-gedruckten, metallischen Fahrradrahmen herzustellen. Empire Cycles, ein führendes britisches Unternehmen für Fahrraddesign und -produktion, hat das Mountainbike so ausgelegt, dass die Vorteile der "Renishaw AM"-Technologie genutzt und ein Titanrahmen kreiert werden konnte, der sowohl leicht als auch steif ist.

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Direkt aus dem Drucker.
Direkt aus dem Drucker.
(Bild: Solid Thinking)

Renishaw, Grossbritanniens einziger Hersteller einer metallbasierenden additiven Fertigungsanlage, hat die Software "Inspire" genutzt, um eine Topologieoptimierung durchzuführen und ein Konzeptdesign zu erstellen. Innerhalb eines vorgegebenen Bauraumes und mit vorgegebenen Lasten und Supportstrukturen wurde damit ein neues Materiallayout erstellt. So entstand ein Konzept, das nicht nur die Leistungsanforderungen des Rahmens erfüllte, sondern auch mit einer möglichst geringen Masse auskommt. Das wichtigste Ziel des Projektes war der Leichtbau, außerdem konnten beim Ergebnis Bauteile erstellt werden, die eine maximale Steifigkeit bei einem minimalen Gewicht aufweisen. Kurz: Die neue Sattelstütze ist 45 Prozent leichter als mit dem ursprünglichen Design.

Von 360 auf 200 Gramm

"Wir konnten das Gewicht der Sattelstützhalterung von 360 auf 200 Gramm reduzieren und mussten diese Gewichtseinsparungen nicht an anderen Stellen ausgleichen. Bisher haben wir die Möglichkeiten der Finite-Elemente-Analyse noch nicht voll ausgeschöpft, da dies für so ein Projekt eine sehr aufwändige Aufgabe ist.

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Was wir tun konnten, ist an das Optimum heranzukommen und das Fahrrad tatsächlich in der realen Anwendung zu testen – dies haben wir mit Sensoren am Rahmen erreicht, welche die realen Daten gesammelt haben. Anhand dieser Daten konnten wir weiter optimieren", erklärt Robin Weston, Marketing Manager bei Renishaw. Die von Renishaw erstellte Sattelstütze hilft nicht nur, die Leistung des Fahrrads zu steigern, sie verringert auch die Materialkosten.

Designfreiheit

Aufgrund der signifikanten Gewichtseinsparungen an einem einzigen Bauteil und einiger Bedenken, die Chris Williams bezüglich des Designs hatte, erweiterte sich der Umfang des Projektes deutlich. "Während wir zunächst über extrudierte oder hydrogeformte Aluminiumrohre oder auch Kohlefaserkomponenten für den Rahmen, verbunden mit einigen Titaneinsätzen in den Eckbereichen des Dreiecks, nachgedacht hatten, konnten wir nun viel mehr in Betracht ziehen." Er erklärt, wie die Verwendung des Standardmaterials für den Fahrradrahmen die Designfreiheit deutlich eingeschränkt hat.

"Als wir uns den Hauptrahmen aus Aluminium mit seinem Gesamtgewicht von 2100 Gramm angesehen hatten, wussten wir, dass wir dabei helfen konnten, etwas zu erstellen, das viel leichter und dennoch genauso steif ist. Bereits bei der ersten Idee, mehr zu tun, haben wir erkannt, dass auch bei den zentralen Rahmenkomponenten Potenzial vorhanden ist. Da man praktisch kein Werkzeug benötigt, konnte das Design beständig verbessert werden und wir konnten so sehr leichte Bauteile zu sehr geringen Kosten erstellen."

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