3D-Druck im Bereich Reverse Engineeringvon der Motorenüberholung bis hin zur Instandsetzung

Im Oldtimer-Bereich werden immer mehr Ersatzteile über moderne Messtechnik in Kombination mit 3D-Druck werkzeuglos hergestellt. Unsere „Binder Jetting“ Verfahren bieten die entscheidenden wirtschaftlichen Vorteile. Denn eine konventionelle Herstellung – gerade von Einzelteilen – dauert oft zu lange und verursacht hohe Kosten.

Mit Hilfe der Kombination aus Scan- und Drucktechnologie lassen sich Ersatzteile wieder schnell und kostengünstig herstellen. Wertvolle Oldtimer mit neuen Teilen instandgesetzt und gehalten werden. voxeljet beliefert Oldtimerliebhaber mit gegossenen Ersatzteilen und fertigt Einzelteile für den Rennsport.

Automobilkunden profitieren zusätzlich durch Rapid Manufacturing: Hier werden exklusive Sonderserien kosteneffizient und schnell produziert.

Reverse Engineering eines Getriebegehäuse – Imperia GP Roadster

Ein klein wenig voxeljet Binder Jetting 3D-Drucktechnologie ist mit an Bord, wenn der Retro-Roadster Imperia GT demnächst an den Start geht. Der belgische Öko-Sportwagen vereint dank wegweisender Hybridtechnologie Fahrspaß pur mit einem reinen Gewissen. Ein Hybridantrieb mit insgesamt 350 PS und gewaltigem Drehmoment verhilft dem Imperia zu Fahrwerten eines Supersportwagens. Gerade einmal vier Sekunden vergehen für den Sprint von 0 auf 100 km/h.  Das Unglaubliche dabei: Der CO2-Ausstoß des Roadsters soll bei sensationell niedrigen 50 Gramm je Kilometer liegen.

Ausgedacht hat sich diese technische Innovation das in Lüttich ansässige Unternehmen Green Propulsion, das bereits einige Hybrid-Fahrzeugkonzepte zur Serienreife gebracht hat. Für die Vermarktung des neuen Roadsters reaktivierten die drei Firmengründer Yves Toussaint, Nicolas Naniot und Bernard Loly die belgische Automobilmarke Imperia, die bereits 1907 ein Fahrzeug mit Petro-Elektro-Antrieb herstellte.  Mit dem Imperia GP Roadster kommt es nun zur Wiederauferstehung einer Legende mit gänzlich neuer Technik. Als Antriebsquellen dienen ein 1,6 Liter Turbo-Benzinmotor mit 200 PS sowie ein Elektromotor mit einer Leistung von 150 PS.  Die Kraftübertragung übernimmt ein in Eigenregie entwickeltes Getriebe mit 4×2 Gängen. Da man sich getriebeseitig nicht mit einem Großserienprodukt aus dem Zulieferregal bedienen kann, ist bei der Fertigung des Getriebes Kreativität gefragt.

Aber wer innovative Fahrzeuge entwickelt, kennt auch innovative Entwicklungspartner. So wandten sich die Imperia-Entwickler an die französische Gießerei Sicta, die sich auf die Fertigung von Aluminiumdruckguss-Prototypen spezialisiert hat. Für die Herstellung der benötigten Sandformen sah man dort die Lösung im 3D-Druckverfahren. Die Qualität der Formen erfüllte die Erwartungen der Gießerei in vollem Umfang, so dass Sicta das erste Getriebegehäuse nur drei Wochen nach Auftragseingang an die Imperia-Mannschaft ausliefern konnte. Damit ist man dem Restart der Legende ein gutes Stück näher gerückt.

Reverse Engineering eines Sechszylinder Hispano-Motors

Aus neu mach alt. Nicht mehr und nicht weniger verlangte die französische Firma Carrosserie Lecoq von LF Ingénierie, ein kleines Unternehmen in Nizza. Die Anforderung des Spezialisten auf dem Gebiet der Automobilrestauration: die Herstellung einer originalgetreuen Rekonstruktion des Aluminium-Motorblocks eines Hispano Suiza K6 aus dem Jahr 1933 innerhalb weniger Monate.

Durch den Verschleiß über die Jahre hinweg und bei Restaurationsversuchen entstandene Schäden war der originale Aluminium-Motorblock des Sechszylinders nicht mehr zu retten. Vor allem bei einem letzten Versuch, den Motor durch Verschweißen wieder funktionsfähig zu machen, war dieser stark beschädigt worden. Die einzige Lösung: eine Rekonstruktion des Motors mithilfe des Wachsausschmelzverfahrens.

Erster Schritt. „Die Erstellung eines CAD-Modells des Motorblocks mit SolidWorks“, so Alpha Camara von LF Ingénierie. Anschließend wurde das 3D-Modell durch spezifische Elemente des Wachsausschmelzverfahrens ergänzt, die durch „Lesen“ des Motorblocks, der Teilungsflächen, beschädigten Stellen und Haltespuren von Kernen usw. erkannt wurden.

Innerhalb von weniger als zwei Wochen – bei 15 Stunden Arbeit täglich – war das numerische Modell fertig, das nun in Wachs gegossen werden sollte. voxeljet, Spezialist auf dem Gebiet des Rapid Prototyping, erstellte das Modell in 48 Stunden und schickte es gleich im Anschluss daran an die Gießerei, wo es ummantelt und gegossen wurde. Einige Tage später wurde das Rohteil schließlich in den Werkstätten von LF Ingénierie gespant. Während des Gießens hatte Alpha Camara bereits die Fertigungsunterlagen für die anschließende Verarbeitung erstellt. Der Experte wandte auch einen kleinen Trick an: „Ich habe ein vereinfachtes Modell verwendet, das in HSMWorks leichter zu handhaben ist“, erklärt er.

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Und während des Spanens des Sechszylinderblocks wurde der untere Gehäuseteil des Motors bereits poliert. „Zwischen der Auftragserteilung und der Fertigstellung des Motorblocks sind drei Monate vergangen“, erzählt Alpha Camara. Gerade rechtzeitig, um ihn im vergangenen Februar auf der Oldtimer-Messe Rétromobile in Paris zusammen mit dem restaurierten Hispano auszustellen.

Rekonstruktion für eine Porsche Legende

Oft sind spezielle Teile wie Zylinderköpfe bei Oldtimern nicht mehr erhältlich. Im Schadensfall hilft nur die Nachkonstruktion – der 3D-Druck erwies sich dabei als einzig wirtschaftliche Möglichkeit. Die Nachkonstruktion der aufwendigen Bauteile stellt für jeden Konstrukteur eine Herausforderung dar, da Zeichnungen in den meisten Fällen nicht vorhanden sind und durch die OEM auch nicht zur Verfügung gestellt werden. Im konkreten Fall begann die Rekonstruktion eines Carrera Aluminium Zylinderkopfes mit dem Vermessen und Scannen des defekten Kopfes.

In aufwändiger Kleinarbeit mussten Ventilführungen, Sitzringe, Nockenwellenlager, Ein- und Auslasskanäle, Zylinderkopfverschraubung etc. 3D-Grundkörper angelegt, zu übergeordneten Funktionsmodellen importiert und mit gießtechnischen Konstruktionsmerkmalen wie Aufmaß, Abzugsschräge, Verrundungen versehen werden.

Nach der geometrischen Rekonstruktion bei der Firma Retro-Design 3D GmbH aus Mössingen stand die Herstellung der Sandkerne auf dem Programm. Die Umsetzung des Projektes mit klassischen Kernen auf Basis von Kernformwerkzeugen war allein aus Kostengründen unmöglich. Die einzige Alternative bestand in der Herstellung der Kerne über den 3D-Druck.

Der Auftrag für den 3D-Druck des kompletten Kernpakets mit insgesamt elf Kernen ging an das voxeljet 3D-Dienstleistungszentrum in Friedberg, das über langjährige Erfahrung verfügt. Dank der hervorragenden Druckqualität der industriellen 3D-Drucker war es zudem möglich, die mit zwei Millimetern extrem dünnwandigen Kühlrippen ohne zusätzliche Stützstrukturen in den Innen- und Außenkernen darzustellen. Den Abguss übernahm eine auf Sonderbauteile spezialisierte Gießerei. Eine HIP (hot isostatic pressure) Behandlung führte zu einer drastischen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie zu einer Reduktion der Poren. Eine abschließende T6-Wärmebehandlung sorgte dann für die endgültigen Festigkeitseigenschaften des Zylinderkopfes. Die Endbearbeitung der Bauteile erfolgte auf Basis der 3D-CAD Daten in einem 5-Achsen Bearbeitungszentrum. Nach seiner Komplettierung war der Aluminium-Zylinderkopf bereit zur Montage.

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