3D-Druck Studenten entwickeln selbstbalancierenden 3D-gedruckten Scooter

Studenten der Hochschule Ravensburg-Weingarten in Baden-Württemberg haben im Rahmen des Forschungsprojekts „Digitaler Produktlebenszyklus einen 3D-gedruckten selbstbalancierenden Scooter mithilfe der Additiven Technologie von Stratasys entwickelt.

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Die Hochschule Ravensburg-Weingarten beteiligt sich an einem kooperativen staatlichen Hochschulprojekt, das von Branchenführern wie Porsche und Siemens unterstützt wird. Das Ziel des Forschungsprojekts „Digitaler Produktlebenszyklus“ ist die Abbildung eines vollständig integrierten und automatisierten digitalen Entwicklungsprozess für die Herstellung individualisierter Produkte – in diesem Fall die Entwicklung eines nie dagewesenen selbstbalancierenden Scooters. Die Studenten standen vor der Herausforderung, verschiedene Technologien und Prozesse zu erforschen, um die Grenzen der traditionellen Herstellung zu überwinden, wenn es um die Fertigung von Einzelstücken geht. Von der Ideenschöpfung und dem Produktdesign bis hin zur Erstellung komplexer Prototypen für Funktionsprüfungen war die Gestaltung jeder Phase des Entwicklungsprozesses für die additive Fertigung entscheidend für den Erfolg des Projekts.

Mit der Aufgabe, „additiv zu denken“, um echte Individualisierung zu erreichen, bauten die Studierenden den gesamten Produktentwicklungsprozess für den Roller rund um die additive Fertigung auf. Als Ergebnis produzierte das Team den ersten voll funktionsfähigen Prototypen 85 % schneller als mit herkömmlichen Fertigungsmethoden.

3D-Druck als bestmögliche Fertigungslösung

„Die Herstellung der Prototypen-Hauptbauteile für den selbstbalancierenden Scooter war eine echte Hürde, bis wir den 3D-Druck entdeckten", erläutert Prof. Dr.-Ing. Markus Till, Dekan Fakultät Maschinenbau,Hochschule Ravensburg-Weingarten. „Wir haben erkannt, dass der 3D-Druck die bestmögliche Fertigungslösung für eine ideale durchführbare Produktentwicklungsmethode für ein individualisiertes Produkt bietet. Wir haben den gesamten Produktentwicklungsprozess rund um die Additive Technologien von Stratasys gestaltet, wodurch wir schnell einen voll funktionsfähigen Prototypen einer Geometrie entwerfen und produzieren konnten, der zuvor zu komplex war, um mit einer anderen traditionellen Methode hergestellt zu werden - dadurch konnten wir die erste praktikable Alternative für eine schnelle und kostengünstige individualisierte Produktion schaffen.“

Denkweise auf die Produktentwicklung verändert

Die Rahmen- und Plattformteile des selbstbalancierenden Scooters wurden mit dem robusten Material Nylon6 auf einem großformatigen Stratasys Fortus 900mc 3D-Drucker gedruckt, sodass die größeren Bauteile in einem Stück 3D-gedruckt werden konnten. Die Plattform des selbstbalancierenden Scooters wurde dann mit einer 3D-gedruckten gummiartigen Abdeckung für besseren Halt ausgestattet, die aus dem Material Agilus30 auf dem Stratasys Connex3 Color Multimaterial-3D-Drucker hergestellt wurde. Laut Prof. Till hat der 3D-Druck des Rahmens und der Plattform des selbstbalancierenden Scooters die gesamte Denkweise des Teams in Bezug auf die Produktentwicklung verändert.

„Der Einsatz traditioneller Fertigungsverfahren wie Fräsen oder Formen ist die größte Herausforderung bei der Entwicklung des Scooter-Rahmens, in dem mehrere Bauteile vom Motor bis zur Elektrik untergebracht sind“, erklärt er. „Zum einen ist die Struktur des Bauteils für subtraktive Verfahren zu komplex, zum anderen sind die Produktionszeiten zu zeitintensiv, um den Produktionsplan einzuhalten. Infolgedessen haben wir beobachtet, wie einige Studierende begannen, „additiv“ zu denken, indem sie die Fähigkeiten des 3D-Drucks für mehr Freiheit und Anpassbarkeit im Designprozess nutzen.

Herstellungsphase von drei Wochen auf vier Tage verkürzt

Dies führt laut Prof. Till zu erheblichen Zeiteinsparungen im gesamten Produktentwicklungszyklus: „Bei der Entwicklung eines individualisierten Produkts liegt der Engpass meist in der Fertigung, da Werkzeuge, Gussformen und spezielle Vorrichtungen hergestellt werden müssen, was lange dauert. Mit traditionellen Methoden hätte der Herstellungsprozess drei Wochen gedauert. Mit dem Stratasys 3D-Druck wurde diese Phase auf vier Tage verkürzt, welches eine enorme Zeitersparnis bedeutet.“

Nach der erfolgreichen Rolle des 3D-Drucks für die maßgeschneiderte Produktion im selbstbalancierenden Scooter-Projekt hat die Hochschule nun den Einsatz des 3D-Drucks auf eine breitere Palette von Entwicklungsprojekten ausgeweitet, um Entwürfe zu überprüfen und Konzepte zu validieren.

Prof. Till dazu: „Der 3D-Druck spielt nicht nur eine größere Rolle in unserem Lehrplan, sondern wir ermutigen auch immer mehr Studenten, ihre Projekte auf unseren 3D-Druckern zum Leben zu erwecken, um ihre Designfähigkeiten zu visualisieren und zu verbessern. Wir haben auch eine Veränderung im Verhalten der Studenten festgestellt, da sie sich mehr mit dem 3D-Druck beschäftigen und die Chance haben, näher am Projekt zu sein. Die globalen Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten, haben uns ebenfalls angesprochen und gebeten, den 3D-Druck weiter in unsere Kurse zu integrieren. Dies beweist die wachsende Nachfrage nach Absolventen, die über Kenntnisse und Fachwissen in dieser Technologie verfügen.“

Geeignete Ausbildung um konkurrenzfähig zu bleiben

Andy Middleton, President EMEA bei Stratasys, fasst zusammen: „Die Hochschule Ravensburg-Weingarten ist ein Paradebeispiel dafür, wie Designer, Ingenieure und Hersteller heute die additive Fertigung von Anfang an in die Produktentwicklung mit einbeziehen, um ihre Vorteile im gesamten Entwicklungszyklus zu nutzen. Daher glauben wir, dass es entscheidend ist, dass die nächste Generation von Ingenieuren eine geeignete Ausbildung erhält, um sie auf die Anforderungen an das Ingenieurswesen in der Branche vorzubereiten. Da zusehends mehr und mehr Bildungseinrichtungen additive Technologien einsetzen, erwarten wir, dass immer mehr Studenten die relevanten Fähigkeiten und Werkzeuge erlernen, um konkurrenzfähig für hochkarätige Berufe in den Bereichen Maschinenbau und Produktion zu sein."

(jv)

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