Mit 3D-Druck Material und ­Gewicht einsparen

Seit drei Jahren evaluiert Renault Trucks, welche Möglichkeiten der 3D-Druck in der Herstellung von beispielsweise Motoren bringen könnte. Nach intensiven Vorabklärungen hat man sich entschieden, einen bestehenden Motor auf 3D-Druck umzuarbeiten, wobei aus der neuen Technologie eine sub­stanzielle Reduktion der Bauteile und des Gewichts resultieren sollte. Als Basis wurde der DTI-5-Motor genommen, ein Vier­zylinder-Diesel mit 5,1 Liter Hubraum, der in den Leistungsstufen von 210 und 240 PS im Einsatz steht. Das ambitiöse Projektziel: 30 Prozent leichter, 40 Prozent weniger Bauteile.

Ein spezielles, 15-köpfiges Team wurde ausserhalb der Firma angesiedelt, bestehend aus Mitarbeitern von Industrie- und IT-Partnern, Universitäten und von Renault Trucks selber. Die Zielvorgaben wurden in der neun Monate dauernden Umsetzung zwar nicht ganz erreicht, doch konnten bemerkenswerte Integrationslösungen von Bauteilen erzielt werden. Der Motorblock beispielsweise wurde mit allen Kanälen in einem einzigen Stück gefertigt, wobei rund 80 Teile integriert wurden. Über den ganzen Motor wurde das Gewicht um 120 kg gesenkt, was einer Reduktion um 25 Prozent entspricht. Und auch die Anzahl der Bauteile konnte um rund 25 Prozent verringert werden, was einem Umfang von 200 Teilen entspricht.

Zu lange Druckzeit Wie sich die Bauteile durch 3D-Druck verändern, zeigt beispielsweise der Ventilarm, der vom grob wirkenden Gussteil zum eleganten, kunstwerkähnlichen Gebilde mutiert. Der Ventilarm ist übrigens das erste Bauteil, das im Laufe dieses Jahres in einem Lastwagen zum Einsatz gelangen wird, nachdem es 600 Stunden auf der Motorentestbank schadlos überstanden hat. Wie komplex die Technologie jedoch ist, zeigt sich darin, dass Renault im ersten Jahr lediglich 100 Stück davon fertigen und zum Einsatz bringen will. In Lyon sieht man den 3D-Druck allerdings nicht als Ersatz für die herkömmliche Teileherstellung, sondern – zumindest heute – lediglich als eine Ergänzung.

Beim 3D-Bearbeitungsprozess setzt Renault auf das se­lek­tive Laserschmelzen. Der Werkstoff wird in dünnsten Pulverschichten (15 bis 500 µm) aufgebracht und mittels Laserstrahl lokal vollständig umgeschmolzen. Dann wird die nächste Schicht aufgetragen und umgeschmolzen, bis das Bauteil fertig ist. Für das Pulver kommen verschiedenste Materialien in Frage, wie beispielsweise Stahl, Titan und Aluminium. Allerdings spielt der Materialwert bezüglich der Kosten heute keine Rolle, es ist die Druckzeit, die den Preis dominiert: Die Herstellung des besagten Ventilarms dauert rund 100 Stunden.

Doch die 3D-Technologie entwickelt sich rasch, wie bei­spielsweise die Druckmaschine selber eindrücklich zeigt. Zum Projektstart vor drei Jahren war die Druckmaschine mit einem Arbeitsbereich von 30×30×30 cm an ihren Aussen­kanten je drei Meter lang. Heute messen die Kanten beim gleichen Arbeitsbereich nur noch je 45 cm.