Aktiv aerodynamik, funktionell integration och en attraktiv design – flermålsoptimering genom 3D-utskrift

• Vad behövdes? Aktivt system för bakre vingar
• Tillverkningsprocess: Selektiv lasersintring med SLS-pulver
• Krav: Komplex komponent: Komplex komponent, låga friktionskoefficienter, låg vikt, kortare konstruktionstid och lägre kostnader
• Material: iglidur i3
• Industri: Fordonsindustrin
• Framgång genom samarbete: Stora tidsbesparingar, minskade kostnader, mycket komplex komponentstruktur kan tillverkas i ett stycke

Applikationen i korthet:
Konceptet "WING3D" i forskningsprojektet OptiAMix är ett bakvingesystem som möjliggör aktiv aerodynamik genom 3D-utskrift. De bakvingar som tillverkades med konventionella metoder erbjöd bland annat inte möjligheten att integrera hydraulik i sina fästen. Samspelet mellan olika material, som aluminium och tribologiskt optimerad iglidurplast, ger systemet ett innovativt arbetssätt vid justeringen av bakvingen med samtidigt ökad nötningsbeständighet.

EDAG-gruppens OptiAMix-forskningsprojekt med igus GmbH syftade till att bygga en justerbar bakspoiler som anpassar sin position till bilens kördynamik beroende på situationen. Den aktiva justeringen av bakspoilern kräver att komponenterna är slitstarka och har låga friktionskoefficienter. Det krävdes ett robust material som samtidigt erbjuder tillräckligt med utrymme i konstruktionen för den integrerade hydrauliken. Med konventionella tillverkningsprocesser var det nästan omöjligt att realisera de mycket komplexa lättviktskomponenter som krävdes för detta, eftersom planering och produktion av dessa komponenter är alltför tidskrävande och kostsamma.

Med 3D-printing är det möjligt att designa och printa varje enskild komponent på ett sådant sätt att den både är fullt funktionell och visuellt tilltalande. Samtidigt kan en mängd olika material användas, vilket möjliggör skräddarsydd utskrift av lättviktskomponenter. Genom att använda 3D-printade glidlager tillverkade av iglidur i3, en tribologiskt optimerad igusplast, kan bakvingesystemet drivas med betydligt mindre friktion och mindre underhåll än med en vanlig plast. Jämfört med konventionella material för lasersintring har den högpresterande polymeren upp till 30 gånger bättre nötningsbeständighet och är det perfekta materialet för justering av bakvingen. I motsats till tillverkningsprocesser som fräsning eller formsprutning kan komponentens komplexa inre områden snabbt och enkelt tillverkas i ett stycke med 3D-printing.

3D-printade glidlager användes för systemet med bakre vingar. Den stora fördelen med processen är den snabba utskriften av de mycket komplexa komponenterna, som inte kan realiseras så enkelt med konventionella tillverkningsprocesser. Den speciella formen och den komplicerade inredningen kan tillverkas i ett enda stycke med hjälp av additiv tillverkning. Detta sänker kostnaderna och säkerställer en effektiv produktion. I synnerhet i det aktiva bakre vingsystemet är det viktigt att möjliggöra justering med låg friktion. Hos igus GmbH i Köln används iglidur i3, en plast som är speciellt utvecklad för detta ändamål, vid 3D-utskrift för att tillverka glidlager som är både slitstarka och har låg friktion. De självsmörjande komponenterna är också underhållsfria och passar därför utmärkt för den aktivt justerbara bakvingen.

En bionisk aluminiumhållare för bakvingen med integrerad hydraulik har tagits fram. Detta sker genom att en kolv rör sig med hjälp av ett oljetryck på upp till 90 bar, vilket gör att anfallsvinkeln kan justeras steglöst från 6° till 42°. Med hjälp av en elkabel som är inbyggd i fästet för sensorn för att bestämma vingens position eller vinkel anpassas den aktivt till körsituationen. En bromsfunktion finns också, som kompletteras med ett integrerat LED-bromsljus i hållaren. Dessutom används 3D-printade glidlager för att minska friktionen. Alla komponenter som skapas med hjälp av additiv tillverkning är exakt anpassade till respektive andra komponenter utan att behöva göra avkall på funktion eller visuell estetik - ett verkligt samspel mellan form och funktion som lyfts till en ny designnivå genom 3D-printing.

Materialet iglidur i3 har utvecklats speciellt för lasersintring och har upp till 30 gånger bättre nötningsbeständighet än konventionella SLS-material. Fina smörjmedel som är integrerade i plasten optimerar komponenternas glidegenskaper, vilket utlovar en särskilt lång livslängd inom ett brett spektrum av applikationer. Med iglidur i3 har det aktiva systemet hittat den perfekta högpresterande polymeren för att kombinera form och funktion. De självsmörjande komponenterna från additivprocessen möjliggör lågfriktion och underhållsfri justering vid bakvingens lagerpunkter. Detta säkerställer en lång livslängd för systemet som inte skulle vara möjlig med andra plaster på den här punkten.