Bionic Bike

Lasermelting macht Leichtbau nach natürlichem Vorbild möglich

26. April 2015

Unter dem Namen ELiSE wurde am Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven in den letzten Jahren ein patentierter bionischer Produktentstehungsprozess für Leichtbaulösungen entwickelt, mit dem Gewichtsreduktionen von über 50 % realisiert werden können. Die Entwickler und Wissenschaftler haben dazu natürliche Vorbilder aus der Natur, insbesondere die Leichtbauqualitäten von Kieselalgen, untersucht und einen Prozess zur Übertragung der Aufbauprinzipien auf industrielle Produkte definiert. Dieser eröffnet auch Möglichkeiten zur Integration von Funktionen in Produkt und Konstruktionen. Techniken des Additive Manufacturing geben dem Team des AWI nun die Möglichkeit, das volle Potenzial der bionischen Strukturoptimierung umzusetzen.

Additive Fertigung mit einer Aluminiumlegierung

Mit dem Bionic Bike wurde auf der Hannover Messe 2015 ein herausragender Entwicklungserfolg vorgestellt, dessen Rahmen von der citim GmbH im Laserstrahlschmelz-Verfahren aus einer Aluminiumlegierung hergestellt wurde. Das Faltrad demonstriert dabei die Entwicklungsmethoden des ELiSE Leichtbau-Verfahrens und die Vorteile additiver Fertigungsmethoden wie z.B. die Funktionsintegration von Licht und Kabelführung oder die Fertigung komplexer Geometrien zur Versteifung von Kanten und Oberflächen. Der Verzicht von Schweißnähten führt zu einem gleichmäßigen Werkstoffgefüge.

Die Möglichkeiten des Additive Manufacturing sorgten für bis dato unerreichte Freiheiten in der Formgebung. Hohlstrukturen konnten punktuell an lokale Lasten angepasst werden. Die Bereiche wurden mit belastungsgerecht ausgelegten Gitterstrukturen versteift. So konnte das Bionic Bike beispielsweise im Bereich des hochbelasteten Tretlagers verstärkt werden. Das Ergebnis: 60 % Gewichtsersparnis und ein einzigartiges Design.

Folgende Verfahren wurden bei der Umsetzung des Bionic Bike mit bionischen Entwicklungswerkzeugen kombiniert:

Topologieoptimierung zur Ermittlung optimaler Lastpfade
Parametrische Optimierung auf Basis von Evolutionsalgorithmen zur Auslegung der idealen Rahmengeometrie mit variablen Querschnittsformen und Wanddicken
CAO zur Kerbspannungsminimierung Strukturversteifung mittels adaptiver Balkenstrukturen an hochbelasteten Bereichen im Inneren der Struktur
Integration bionischer Prinzipien nach dem Vorbild von Leichtbaustrukturen der Schalen von Diatomeen

www.elise.de

Bildquelle: Alfred-Wegener-Institut