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

• Vad behövdes: aktivt bakspoilersystem
• Tillverkningsprocess: selektiv lasersintring med SLS-pulver
• Krav: komplex komponent,  låga friktionskoefficienter, låg vikt, minskade konstruktionstider och kostnader
• Material: iglidur I3
• Bransch: bilbranschen
• Framgång genom samarbete: stora tidsbesparingar, lägre kostnader, komponenter med mycket komplex struktur kan tillverkas i ett stycke

Överblick över tillämpningen:
”WING3D”-konceptet i forskningsprojektet OptiAMix är ett bakspoilersystem som möjliggör aktiv aerodynamik genom 3D-utskrift. De bakspoiler som tillverkats med konventionella metoder erbjöd inte någon möjlighet att integrera ett hydraulsystem i fästet. Samspelet mellan olika material, såsom aluminium och tribologiskt optimerad iglidur-plast, ger systemet en innovativ funktion vid justering av bakspoilern med samtidig ökad nötningsbeständighet.
 

Mycket komplexa glidlager tillverkade av iglidur I3 möjliggör låg friktion och underhållsfri drift (Copyright: EDAG Engineering GmbH)

Problem

Forskningsprojektet OptiAMix från EDAG Group med igus GmbH försökte bygga en justerbar bakspoiler som anpassar sin position till bilens kördynamik beroende på situationen. Aktiv justering av bakspoilern kräver att komponenterna är slitstarka och har låga friktionskoefficienter. Ett robust material krävdes, som dock i sin konstruktion ger tillräckligt med utrymme för den integrerade hydrauliken. Med de konventionella tillverkningsprocesserna var implementeringen av de mycket komplexa lätta komponenter som krävs för detta knappast genomförbar, eftersom planering och produktion av dessa komponenter är för tidskrävande och kostsamma.

Lösning

Med 3D-utskrift är det möjligt att designa och skriva ut varje enskild komponent på ett sådant sätt att den är både funktionsduglig och visuellt tilltalande. Samtidigt kan en mängd olika material implementeras, vilket gör det möjligt att skriva ut de lätta komponenterna individuellt. Genom att använda 3D-tryckta glidlager av iglidur I3, en tribologiskt optimerad igus-plast, kan bakspoilersystemet drivas med betydligt lägre friktion och mindre underhåll än med vanlig plast. Jämfört med konventionella material för lasersintring har den högpresterande polymeren upp till 30 gånger bättre nötningsmotstånd och är det perfekta materialet för justering av bakspoilern. Till skillnad från tillverkningsprocesser som fräsning eller formsprutning kunde de komplexa inre områdena av komponenten implementeras snabbt och enkelt i ett stycke med 3D-utskrift.

Underhållsfrihet tack vare 3D-printade glidlagersinsatser

För bakspoilern användes 3D-printade glidlager. Den stora fördelen med processen är snabb utskrift av de mycket komplexa komponenterna, som inte är så lätta att realisera i konventionella tillverkningsprocesser. Den speciella formen och det komplicerade inre området kan produceras i ett stycke med additiv tillverkning. Detta sänker kostnader och säkerställer en effektiv produktion. Speciellt i det aktiva bakspoilersystemet är det viktigt att möjliggöra en justering med låg friktion. Hos igus GmbH från Köln bearbetas specialutvecklad iglidur I3-plast till glidlager med 3D-utskrift, som är slitstarka och samtidigt har låg friktion. De självsmörjande komponenterna är också underhållsfria och därför idealiska för den aktivt justerbara bakspoilern.

Anpassning till respektive körsituation med låg friktion är inget problem med glidlager av iglidur I3.

Höga designanspråk med full funktionalitet

En bionisk aluminiumhållare för bakspoilern med integrerad hydraulik tillverkades. Den uppnås genom att förflytta en kolv genom ett oljetryck på upp till 90 bar, vilket gör att inställningsvinkeln kan justeras kontinuerligt från 6° till 42°. Med hjälp av en i hållaren inbyggd elektrisk kabel för sensorn för att bestämma spoilerns position eller vinkel anpassar den sig aktivt till körsituationen. Dessutom tillhandahålls en bromsfunktion som kompletteras med ett integrerat LED-bromsljus i hållaren. Dessutom användes 3D-printade glidlager för att minska friktionen. Alla komponenter, som har skapats vid additiv tillverkning, är exakt anpassade till respektive andra komponenter; utan att behöva göra avkall på funktion eller visuell estetik – en verklig interaktion mellan form och funktion som höjs till en ny designnivå med hjälp av 3D-utskrift.

En tilltalande design och hög funktionalitet är möjliga tack vare 3D-utskrift. (Copyright: EDAG Engineering GmbH)

Aktivt system utan avbräck med iglidur I3

Materialet iglidur I3 har utvecklats speciellt för lasersintring och har en upp till 30 gånger bättre nötningsbeständighet än konventionella SLS-material. Fina smörjmedel integrerade i plasten optimerar komponenternas glidegenskaper, vilket ger en särskilt lång livslängd i 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 den additiva processen möjliggör en underhållsfri justering med låg friktion på bakspoilerns lagerpunkter. Detta säkerställer en lång livslängd för systemet som inte skulle vara möjligt med någon annan plast i dess ställe.

iglidur I3 SLS-pulver