Actieve aerodynamica, functionele integratie en een aantrekkelijk ontwerp – optimalisatie van meerdere doelen middels 3D-printen

• Wat was er nodig? Actief achtervleugelsysteem
• Productieproces: Selectief lasersinteren met SLS-poeder
• Vereisten: Complex onderdeel, lage wrijvingscoëfficiënt, laag gewicht, kortere ontwerptijd en -kosten
• Materiaal: iglidur® i3
• Industrie: Automobielindustrie
• Succes door samenwerking: Grote tijdsbesparing, lagere kosten, zeer complexe componentstructuur kan uit één stuk worden geproduceerd

De toepassing in één oogopslag:
Het "WING3D" concept van het OptiAMix onderzoeksproject is een achtervleugelsysteem dat actieve aerodynamica mogelijk maakt door middel van 3D-printen. De achtervleugels die met conventionele methoden werden geproduceerd, boden onder andere niet de mogelijkheid om een hydraulisch systeem in hun bevestiging te integreren. De interactie van verschillende materialen, zoals aluminium en tribologisch geoptimaliseerde iglidur® kunststof, biedt het systeem een innovatieve werkingswijze bij de afstelling van de achtervleugel met tegelijkertijd een verhoogde slijtvastheid.

Het onderzoeksproject OptiAMix van de EDAG-groep in samenwerking met igus® GmbH had tot doel een verstelbare achterspoiler te bouwen die zijn positie aanpast aan de rijdynamiek van de auto, afhankelijk van de situatie. De actieve afstelling van de achterspoiler vereist dat de onderdelen slijtvast zijn en een lage wrijvingscoëfficiënt hebben. Er was een robuust materiaal nodig dat tegelijkertijd voldoende ruimte in het ontwerp biedt voor de geïntegreerde hydraulica. Met conventionele productieprocessen was het bijna onmogelijk om de hiervoor benodigde zeer complexe lichtgewicht componenten te realiseren, omdat de planning en productie van deze componenten te tijdrovend en kostbaar is.

Met 3D-printen is het mogelijk om elk afzonderlijk onderdeel zo te ontwerpen en te printen dat het zowel volledig functioneel als visueel aantrekkelijk is. Tegelijkertijd kan er een grote verscheidenheid aan materialen worden gebruikt, waardoor de lichtgewicht componenten op maat kunnen worden geprint. Door gebruik te maken van 3D-geprinte glijlagers gemaakt van iglidur® i3, een tribologisch geoptimaliseerde igus® kunststof, kan het achtervleugelsysteem met aanzienlijk minder wrijving en onderhoudsvrij worden bediend dan met een normale kunststof. Vergeleken met conventionele materialen voor lasersinteren heeft het hoogwaardige polymeer een tot 30 keer betere slijtvastheid en is het perfect materiaal voor het afstellen van de achtervleugel. In tegenstelling tot fabricageprocessen zoals frezen of spuitgieten, konden de complexe binnengebieden van het onderdeel snel en eenvoudig uit één stuk worden gemaakt met 3D-printen.

Voor het achtervleugelsysteem zijn 3D-geprinte glijlagers gebruikt. Het grote voordeel van het proces is het snel printen van de zeer complexe onderdelen, wat niet zo gemakkelijk kan worden gerealiseerd met conventionele productieprocessen. De speciale vorm en het gecompliceerde binnenwerk kunnen met additive manufacturing in één stuk worden geproduceerd. Dit verlaagt de kosten en zorgt voor een efficiënte productie. Vooral bij het actieve achtervleugelsysteem is het belangrijk om een wrijvingsarme afstelling mogelijk te maken. Bij igus® GmbH uit Keulen wordt speciaal ontwikkelde kunststof iglidur® i3 in 3D-printing verwerkt tot glijlagers die zowel slijtvast als wrijvingsarm zijn. De zelfsmerende componenten zijn ook onderhoudsvrij en daarom ideaal voor de actief verstelbare achtervleugel.

Er werd een bionische aluminium houder voor de achtervleugel met geïntegreerde hydraulica geproduceerd. Dit wordt gerealiseerd door de beweging van een zuiger met behulp van een oliedruk tot 90 bar, waardoor de invalshoek continu kan worden aangepast van 6° tot 42°. Met behulp van een elektrische kabel die in de beugel voor de sensor is ingebouwd om de positie of hoek van de vleugel te bepalen, past deze zich actief aan de rijsituatie aan. Er is ook een remfunctie voorzien, die wordt aangevuld door een geïntegreerd LED-remlicht in de houder. Daarnaast zijn er 3D-geprinte glijlagers gebruikt om de wrijving te verminderen. Alle onderdelen die met behulp van additive manufacturing zijn gemaakt, zijn nauwkeurig aangepast aan de respectieve andere onderdelen zonder dat dit ten koste gaat van de functie of visuele esthetiek - een echte interactie van vorm en functie die door 3D-printing naar een nieuw designniveau wordt getild.

Het iglidur® i3 materiaal is speciaal ontwikkeld voor lasersinteren en heeft een tot 30 keer betere slijtvastheid dan conventionele SLS-materialen. In de kunststof geïntegreerde fijne smeermiddelen optimaliseren de glijeigenschappen van de onderdelen, wat een bijzonder hoge levensduur belooft in een breed toepassingsgebied. Met iglidur® i3 heeft het actieve systeem het perfecte hoogwaardige polymeer gevonden om vorm en functie te combineren. De zelfsmerende componenten uit het additievenproces maken een wrijvingsarme en onderhoudsvrije afstelling op de lagerpunten van de achtervleugel mogelijk. Dit zorgt voor een lange levensduur van het systeem die met andere kunststoffen op dit moment niet mogelijk zou zijn.