Do, 26. April 2018

Titan-Ausdruck

23.01.2018 08:00

Bugatti-Chiron-Bremssättel künftig aus 3D-Drucker

Es klingt fast, als würde es um ein Kinderspielzeug gehen: Bugatti will die Bremssättel des Chiron künftig ausdrucken. Im 3D-Drucker. Aber eben nicht aus Kunststoff, sondern aus Titan, schließlich handelt es sich um einen 16-Zylinder-Hypersportler mit 1500 PS, der weit über 400 km/h schafft und aus diesem Tempo auch heruntergebremst werden soll.

Das Ganze hat zwei große Vorteile: Einerseits wiegt der Titansattel mit 2,9 kg volle zwei Kilogramm weniger als das derzeit verwendete Bauteil aus Aluminium, zum anderen ist er deutlich belastbarer. Konkret beträgt die Zugfestigkeit des Materials als 3D-Druck-Bauteil 1.250 N/mm², das heißt, dass man an einem Quadratmillimeter dieser Titan-Legierung mit etwas mehr als 125 kg ziehen kann, ohne dass das Material reißt.

Bisher stand dem allerdings die Tatsache entgegen, dass die extrem hohe Festigkeit von Titan es in der Praxis oftmals unmöglich macht, ein solches Bauteil aus einem Block zu fräsen oder zu schmieden und entsprechend zu bearbeiten, wie es bei Aluminium üblich ist (der Alus-Sattel wird aus einem Block geschmiedet). Die Lösung: ein Verfahren namens Laserstrahlschmelzen, das am Laserzentrum Nord in Hamburg, das seit Jahresbeginn zur Fraunhofer-Gesellschaft gehört, erfunden wurde.

Und so funktioniert es
Es dauert insgesamt 45 Stunden, um einen Bremssattel zu drucken. In dieser Zeit wird Titanpulver Schicht für Schicht aufgetragen. Mit jeder Schicht schmelzen vier Laser das Titanpulver der vorgegebenen Form des Bremssattels entsprechend auf. Das Material erkaltet sofort, der Bremssattel nimmt Gestalt an. Insgesamt 2213 Schichten sind erforderlich. Nach Fertigstellung der letzten Schicht wird das verbliebene nicht aufgeschmolzene Titanpulver aus der Baukammer entfernt und in einem geschlossenen Prozess für die Wiederverwendung gereinigt und aufbewahrt. Übrig bleibt der Bremssattel, inklusive einer Stützstruktur, die das Bauteil in Form hält, bis es eine stabilisierende Wärmebehandlung absolviert und auf diese Weise seine Endfestigkeit erreicht hat.

Dafür kommt der Bremssattel in den Ofen, wo er für zehn Stunden Temperaturen von anfangs 700 Grad bis auf 100 Grad Celsius im weiteren Verlauf ausgesetzt wird, um Bauteileigenspannungen zu eliminieren und die Maßhaltigkeit sicherzustellen. Anschließend werden die Stützstrukturen entfernt und das Bauteil von der Bauplatte getrennt. Im nächsten Fertigungsschritt werden durch ein kombiniertes mechanisch-physikalisch-chemisches Verfahren die Oberflächen geglättet, was die Dauerschwingfestigkeit, sprich die Langzeithaltbarkeit des Bauteiles im späteren Fahrzeugbetrieb, drastisch erhöht.

Abschließend werden die Konturen aller Funktionsflächen, zum Beispiel die Kolbenräume oder Gewinde, bearbeitet. Dies geschieht in einer so genannten 5-Achs-Fräsmaschine, die dafür noch einmal weitere elf Stunden benötigt.

Das Ergebnis ist ein höchst filigranes Bauteil mit Materialwandstärken zwischen minimal gerade einmal einem und maximal vier Millimetern. Es ist das weltweit größte im 3D-Druckverfahren gefertigte Funktionsbauteil aus Titan.

Schon die "alten" Alu-Sättel sind bemerkenswerte Geräte, und schon bisher ist Titan im Spiel: Mit jeweils acht Titankolben an den vorderen Bremssätteln und jeweils sechs an den hinteren sind es die größten Bremssättel, die derzeit in einem Serienfahrzeug zum Einsatz kommen.

Die Fahrzeugversuche für den Serieneinsatz des 3D-Titan-Bremssattels werden noch in der ersten Hälfte dieses Jahres starten. Der Aufpreis für den neuen Bremssattel wird sicher horrend sein - aber im Vergleich zum Chiron-Basispreis von 2,5 Millionen Euro netto kaum auffallen.

Stephan Schätzl
Stephan Schätzl

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