Die additive Fertigung hält in der Bahnindustrie mehr und mehr Einzug. Das wissen auch die Teilnehmer der 3.  SET4FUTURE Research Factory, die am 28. November 2019 beim Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz in Zittau zu diesem Thema stattfand. Nach spannenden Vorträgen über Chancen, Herausforderungen sowie (potentielle) Anwendungsfelder von 3D-Druck in der Bahnindustrie, entschlossen sich die Teilnehmer identifizierte Projektansätze nun gemeinsam weiterzuverfolgen.

Die Vorteile der additiven Fertigung liegen auf der Hand: die Ersatzteilverfügbarkeit kann signifikant erhöht werden, On-Demand-Fertigung spart Zeit und Geld und im Vergleich zu konventionellen Verfahren können wesentlich komplexere geometrische Formen gefertigt werden. Die neuen Freiheiten in der Formgebung, der Einsatz von neuartigen Multimaterialen sowie die Integrationsmöglichkeit von Sensorik bestimmen das Bauteil der neuen Generation. Dies eröffnet neue Anwendungsfelder und wirft gleichermaßen Entwicklungspotentiale auf – nicht zuletzt auch in der Bahntechnik:

So berichtete das Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz (FKO) das Herausforderungen in der Zerbröselung, Zerschrumpfung oder Durchlässigkeit der Materialen liegen. Auch der Preis spielt eine nicht unwichtige Rolle bei der Beschaffung von 3D-Druck-Komponenten. Vor allem im Bereich Bahn haben Brandschutzanforderungen oberste Priorität und nur wenige zertifizierte Materialien können derzeit überhaupt eingesetzt werden. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte des FKO liegen u.a. im Großdruckformat. So druckt ‚PROFI‘ z.B. Frontmasken für die Bahn >>Zum Video 

Die Siemens Mobility GmbH referierte über die Fertigung und erstmalige Zulassung einer additiv gefertigten, sicherheitsrelevanten  Bremskomponenten aus Metall für ein DT4 Schienenfahrzeug der Hamburger Hochbahn. Für die Zulassung waren umfangreiche zerstörende Belastungstests erforderlich, wobei das Bauteil weitaus höheren Belastungen standhielt als gefordert war. Die bauteilspezifischen Nachweisprozeduren bedingen hierbei einen wirtschaftlichen und zeitlichen Mehraufwand, der Entwicklungspotenzial hin zu prozessgenerischen Zulassungsprozeduren offenbart.

Auch das Laserinstitut der Hochschule Mittweida stellte seine Kompetenzen von 3D-Druck von Metall – von Mikro bis Makro vor. Das Micro Cladding ist ein gepulstes Laserverfahren, bei dem das Pulver über die Pulverdüse zugeführt wird. Der Vorteil ist, dass die Druckteile weniger nachbearbeitet werden müssen und somit der Herstellungsprozess beschleunigt wird.

Die TGM Lightweight Solutions GmbH ermöglicht Leichtbau durch Topologieoptimierung & 3D-Druck und demonstrierte dies mit einem Beispiel aus der Praxis. Für die Dresdner Verkehrsbetriebe entwickelte das Unternehmen topologieoptimierte Knoten, die als Rahmenverbindung für die Fahrzeuggehäuse fungieren. Mit dem neuen Bauteil ließen sich zugleich zwei Herausforderungen lösen – auf der einen Seite konnten die Verkleidungsteile zu mehr Lastaufnahme ertüchtigt und auf der anderen Seite der Materialeinsatz deutlich reduziert werden. Im Ergebnis ermöglichte man somit eine Gewichtsreduzierung von bis zu 20 Prozent.

Weiterhin stellte das FKO alternative und nachhaltige Werkstoffe für Zugkomponenten im Schienenfahrzeugbau vor. So könnten Naturfasern als Ersatz für Glasfasern eingesetzt werden. Die Hochschule Zittau/ Görlitz bietet dafür eine Pilot-SMC-Anlage (Sheet Moulding Compounds). Zu den Naturfasern zählen z.B. Hanf- und Flachsfasern und seit neuesten auch Bananenfasern, die mangels alternativer Verwertungsszenarien besonders günstig zu erwerben sind. Die Vorteile der Naturfaser-Werkstoffe, wie geringe Materialkosten oder sehr gute thermische Isolationseigenschaften, liegen auf der Hand. Herausforderungen bestehen jedoch noch bei der Zugfestigkeit und beim Brandschutz.

Abschließend berichtete das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU von der Funktionalisierung von additiven Bauteilen und dabei ganz konkret von der Entwicklung, den Herausforderungen sowie Verwertungspotenzialen eines im Bauteil integrierten Dehnungssensors.

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Eine Führung durch das Technikum des  Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz eröffnete den Teilnehmern schließlich noch wertvolle Einblicke in die praktische Forschungs- und Entwicklungsarbeit vor Ort. Das FKO arbeitet als Projektgruppe des Fraunhofer IWU seit 2011 am Standort Zittau an der Entwicklung von Leichtbautechnologien. Es ist auf den Gebieten der Verarbeitung, Modifizierung und Anwendung von Kunststoffen und faserverstärkten Kunststoffen tätig. Forschungsschwerpunkte sind die generative Fertigung von Kunststoffbauteilen, die Entwicklung von Halbzeugen aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten, die Entwicklung funktionsintegrierender Kunststoffbauteile sowie die Elastomerverarbeitung. Am Standort Zittau werden wettbewerbsfähige Leichtbaustrukturen und effiziente Kunststofftechnologien, wie das Kunststoff-3D-Drucken, erforscht und entwickelt. Im Bereich der generativen Fertigung steht mit zwei Rapid Prototyping-Maschinen neueste Technik für die Herstellung komplexer Modelle, Werkzeuge und Funktionsprototypen aus Kunststoff zur Verfügung.

Am Tagesende konnten insgesamt drei Projektansätze/-vorhaben eruiert werden, die es nun weiterzuverfolgen gilt:

  • Integration additiver Fertigungsverfahren in bestehende rechnerische Nachweiskonzepte (z.B. FKM Richtlinie)
  • Bauteilentwicklung mit integrierter Sensorik
  • Naturfaserbasierte, brandschutzgeeignete Kunststoffe für Innenverkleidung (z.B. Klimakanäle)/ Interieur

Sie wollen uns bei dem einen oder anderen Projektvorhaben unterstützen oder benötigen noch weitere Informationen? In jedem Fall steht Ihnen Mareike Walter als Ihre Ansprechpartnerin zur Verfügung.

 

Sachsen Signe Diese Maßnahme wird mitfinanziert mit Steuermitteln auf Grundlage des von den Abgeordneten des Sächsischen Landtags beschlossenen Haushaltes.