Diese 3D-gedruckte Titankurbel ist 50 Prozent leichter als herkömmliche Modelle und für die Massenproduktion ausgelegt
Mit nur 345 g, etwa so viel wie eine 350-ml-Softdrinkdose, ist die 3D-gedruckte und CNC-gefräste Kurbel von Alugear auf dem Weg zur Serienproduktion.
Eine Zusammenarbeit zwischen Alugear, einem polnischen Hersteller von Fahrradkomponenten, und Materialise, einem belgischen 3D-Druck-, Software- und Entwicklungsunternehmen, hat etwas hervorgebracht, das beide Unternehmen als revolutionären Fortschritt in der Fahrradantriebstechnologie bezeichnen: eine 3D-gedruckte und CNC-gefräste Titankurbel, die mehr als 50 Prozent leichter ist als herkömmliche Kurbeln und für die Serienproduktion ausgelegt ist.
Das Vorhaben ist ein ehrgeiziger Schritt für Alugear, ein Unternehmen, das sich des Potenzials der additiven Fertigung seit langem bewusst ist, aber nicht weiß, wie es die Technologie in industriellem Maßstab nutzen kann. „Als wir das Potenzial sahen, eine leichtere und stärkere Kurbel zu entwickeln, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden kann, wussten wir, dass dies die perfekte Komponente war, um unsere Reise mit dem 3D-Druck zu beginnen“, sagt Dawid Dyngosz, Mitbegründer von Alugear. „Wir wussten, dass der 3D-Druck die Leistungsvorteile bieten würde, nach denen wir suchten, und Materialise war der richtige Partner, um uns vom Konzept zur Produktion zu führen. Es war ihre Expertise im 3D-Druck, die uns dazu veranlasste, mit diesem Projekt fortzufahren.“
Der neue Ansatz eines Unternehmens für Design und Produktion
Das Design der Kurbelgarnitur basierte auf einer intensiven Zusammenarbeit zwischen Alugear und Materialise, bei der strategisches Design, Simulationswerkzeuge und strenge Fertigungsprozesse kombiniert wurden. Die ersten Phasen konzentrierten sich auf die Validierung des Konzepts durch die Erstmusterprüfung (First Article Inspection – FAI) und ein Audit des Metallkompetenzzentrums von Materialise in Bremen, einer Einrichtung, die sowohl für die additive Fertigung als auch für die Serienproduktion von Metallteilen ausgestattet ist.
Die Innovationsmanagerin von Materialise, Simone Cannella, beschrieb die Partnerschaft als mehr als nur die Herstellung von Teilen. „Wir drucken nicht nur Teile“, sagt sie. „Wir industrialisieren sowohl das Produkt als auch den Produktionsprozess, um sicherzustellen, dass der Business Case für alle Beteiligten tragfähig ist. Das hilft den Kunden, bessere Produkte herzustellen, und zeigt, dass der 3D-Druck die ideale Technologie für diese Aufgabe ist.“
Von zentraler Bedeutung für den Prozess war die Wahl von Titan wegen seines außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und die Konstruktion der Kurbel mit dünnen Wänden und einer hohlen Struktur, um unnötige Masse zu reduzieren und gleichzeitig die anspruchsvolle Dauerfestigkeitsprüfung nach ISO 4210 mit 100.000 Zyklen zu erfüllen.
Simulation: Ein wichtiges Instrument
Die Simulation spielte eine Schlüsselrolle bei der Verfeinerung des Designs und der Produktionsreife der Kurbelgarnitur. Cannella unterstreicht die Komplexität dieser Phase: „Wir mussten den Sweet Spot zwischen den mechanischen Eigenschaften, der Leistung des Teils, dem für die Nachbearbeitung geeigneten Design, den Kosten des Projekts, der Ausrichtung der Konstruktion und unseren Druckparametern finden.“
Mithilfe des Simulationsmoduls von Materialise Magics führten die Teams komplexe Simulationen durch, die anhand der spezifischen Druckparameter kalibriert wurden, um das Verhalten des Teils und mögliche Abweichungen vorherzusagen. Auf diese Weise konnten in iterativen Zyklen Anpassungen vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass jeder Prototyp die Leistungsanforderungen und Bearbeitungstoleranzen vor der Produktion erfüllt.
Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist die Stellar Ti-Kurbelgarnitur – eine einteilige hohle Titankomponente, die sich durch beeindruckende Leistung und Herstellbarkeit auszeichnet. Sie wiegt nur 345 Gramm und übersteht Ermüdungstests nach ISO-Norm. Alugear bezeichnet sie als „Branchenneuheit“ bei 3D-gedruckten und vollständig CNC-gefrästen Titankurbeln, die in Massenproduktion hergestellt werden können.
Dyngosz sagt, dass die Wiederholbarkeit des Prozesses ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist. „Was dieses Teil in der Branche wirklich innovativ macht, ist seine Wiederholbarkeit. Alugear war das erste Unternehmen, das eine 3D-gedruckte und vollständig CNC-gefertigte Titan-Kurbelgarnitur vorgestellt hat, die zuverlässig und kostengünstig in der industriellen Massenproduktion hergestellt werden kann.“
Das Design macht auch das Schweißen überflüssig, was mögliche Fehlerquellen reduziert und die Automatisierung vereinfacht. Da die Produktion nun in der Lage ist, mehrere Längen gleichzeitig zu fertigen, unterstützt das Verfahren die Serienfertigung und positioniert die Technologie für eine breitere Anwendung.
Nachdem die Stellar Ti-Kurbel nun Realität geworden ist, denken Alugear und Materialise bereits darüber nach, die Rolle des 3D-Drucks auf andere Komponenten im Portfolio von Alugear auszuweiten. „Das Aufregendste daran ist, dass unsere Kurbel nicht nur ein Prototyp ist – wir können sie konsistent, in großem Maßstab und zu Kosten herstellen, die für den Markt sinnvoll sind“, sagt Dyngosz. „Und jetzt, wo wir bewiesen haben, dass es bei uns funktioniert, sehen wir ein großes Potenzial, den 3D-Druck auf unser gesamtes Portfolio auszuweiten.“
Das Projekt zeigt, wie additive Fertigung, Simulation und herkömmliche Bearbeitung integriert werden können, um die Grenzen von Leistung und Produktion zu erweitern und einen neuen Maßstab für hochwertige Fahrradkomponenten zu setzen.
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