Actieve aerodynamica, functionele integratie en een aantrekkelijk ontwerp – optimalisatie van meerdere doelen middels 3D-printen

• Wat was er nodig: een actief achterspoilersysteem
• Productiemethode: selectief lasersinteren met lasersinter-poeder
• Vereisten: complex component, lage wrijvingscoëfficiënten, laag gewicht, minder ontwerptijd en lagere kosten
• Materiaal: iglidur I3
• Industrie: automotive
• Succes door samenwerking: geweldige tijdbesparingen, lagere kosten, een uiterst complexe componentstructuur kan uit één stuk worden geproduceerd

De applicatie in één oogopslag:
het "WING3D" concept van het OptiAMix onderzoeksproject is een achterspoilersysteem dat gebruik maakt van 3D-printen om actieve aerodynamica te realiseren. Eén van de problemen met achterspoilers geproduceerd met de conventionele methode is dat er geen manier was om de hydraulica in de bevestiging te integreren. Het samenspel van diverse materialen, zoals aluminium en tribologisch geoptimaliseerde iglidur polymeren, biedt het systeem een innovatieve functionaliteit voor het afstellen van de spoiler, terwijl de slijtvastheid wordt verbeterd.
 

Uiterst complexe lagers gemaakt van iglidur I3 maken een wrijvingsarme en onderhoudsvrije werking mogelijk (copyright: EDAG Engineering GmbH)

Probleem

Het OptiAMix onderzoeksproject van de EDAG groep met igus GmbH was er op gericht een instelbare achterspoiler te ontwerpen die van stand wijzigt op basis van de situationele rijdynamiek. Voor een actieve spoiler afstelling zijn slijtvaste componenten met een lage wrijvingscoëfficiënt mogelijk. Er was een robuust materiaal nodig, zodat er nog voldoende ruimte over zou zijn voor de geïntegreerde hydraulica. Met de conventionele productieprocessen, was de implementatie van de uiterst complexe lichtgewicht componenten die hiervoor nodig waren amper mogelijk, omdat de planning en productie van dergelijke componenten te tijdrovend en te duur is.

Oplossing

Maar voor 3D-printen is het nodig dat elk onderdeel moet worden ontworpen en geprint zodat het zowel functioneel is als visueel aantrekkelijk. Tegelijkertijd kan een breed scala aan materialen worden gebruikt, zodat maatwerk lichtgewicht component printen mogelijk is. Door gebruik te maken van 3D-geprinte glijlagers van iglidur I3, een tribologisch geoptimaliseerd igus polymeer, kan het achtervleugel-systeem worden bediend met aanzienlijk minder weerstand en onderhoud dan met gangbaar kunststof. Het hoogwaardige polymeer kent tot wel 30 maal de abrasiebestendigheid van conventionele lasersinter materialen en is het perfecte materiaal voor het afstellen van de spoiler. In tegenstelling tot productiemethoden zoals frezen of spuitgieten, was het mogelijk het complexe inwendige deel van het onderdeel middels 3D-printen gemakkelijk en snel te realiseren - in één stuk.

Onderhoudsvrij dankzij 3D-geprinte glijlager inserts

3D-geprinte glijlagers werden gebruikt voor het achterspoiler systeem. Het grote voordeel van de procedure is het snel printen van uiterst complexe componenten, hetgeen niet zo gemakkelijk te realiseren zou zijn geweest met conventionele productieprocessen. De speciale vorm en het gecompliceerde interieur kan in slechts één stuk worden geproduceerd middels additieve productie. Dit reduceert kosten en maakt de productie efficiënt. Met name in het actieve spoiler systeem is het belangrijk dat een wrijvingsarme instelling mogelijk is. Bij igus GmbH, gevestigd in Keulen, wordt 3D-printen gebruikt om het polymeer iglidur I3, dat speciaal is ontwikkeld voor printen, in glijlagers om te vormen die slijtvast zijn terwijl ze tegelijkertijd wrijvingsarm blijven. De zelfsmerende onderdelen zijn tevens onderhoudsvrij en ideaal voor een afstelling van de actieve achterspoiler.

Een wrijvingsarme afstelling op basis van de rijsituatie is geen probleem met glijlagers van iglidur I3.

Hoge ontwerpvereisten met volledige functionaliteit

Een bionische aluminium bevestiging werd geproduceerd voor de spoiler en haar geïntegreerde hydraulica. Deze laatstgenoemde realiseert een oliedruk tot wel 90 bar door een zuiger beweging, waardoor een traploze instel hoek mogelijk is tussen de 6° en 42°. Een elektrische kabel voor de positie- en hoekdetectie sensor is geïnstalleerd in de bevestiging, waardoor de spoiler zich actief kan aanpassen aan de rij-situatie. Ook is er voorzien in een remfunctie, aangevuld door een LED-remlicht in de bevestiging. 3D geprinte glijlagers werden ook gebruikt om wrijving te reduceren. Alle componenten waarvoor additieve productie werd gebruik zijn precies aan de andere componenten aangepast, zonder dat dit nadelig is voor de werking of het uiterlijk – een fantastisch samenspel tussen vorm en functie dat 3D-printen naar een nieuw niveau qua design tilt.

Een aantrekkelijk design en hoge functionaliteit zijn mogelijk dankzij 3D-printen. (Copyright: EDAG Engineering GmbH)

Actief systeem zonder compromissen, dankzij iglidur I3

iglidur I3 werd specifiek ontworpen voor lasersintering en haar slijtvastheid is tot wel 30 keer beter dan dat van gangbare lasersintering materialen. Vaste smeermiddelen, geïntegreerd in het polymeer, optimaliseren de glij-eigenschappen van het onderdeel, waardoor ze een bijzonder lange levensduur waarborgen, in een reeks toepassingsgebieden. iglidur I3 geeft het actieve systeem het perfecte hoogwaardige polymeer dat het nodig heeft om vorm en functie te combineren. De zelfsmerende onderdelen van het additieve proces waarborgen een geringe wrijving, onderhoudsvrije afstelling van de lagerpunten van de spoiler. Dit resulteert in een lange levensduur van het systeem, die met andere kunststoffen hier onmogelijk zou zijn geweest.

iglidur I3 SLS-poeder