Leichtbau umfasst alle Methoden und Praktiken, die industrielle Teile und Produkte wie Fahrzeuge leichter machen und gleichzeitig ihre technischen und mechanischen Funktionen beibehalten oder sogar verbessern. Die Reduzierung des Gewichts kann zu erheblichen Einsparungen bei Material, Kosten und Fertigungsvorlaufzeit führen – die additive Fertigung eignet sich hervorragend.
Leichtbau reduziert nicht nur die Teilekosten, sondern auch den allgemeinen Materialverbrauch. Für Unternehmen lohnt es sich zunehmend, umweltfreundliche Geschäftspraktiken zu integrieren, und der Einsatz von weniger Ressourcen trägt wesentlich zum Schutz des Planeten bei. Umweltschutz kann sogar eine Anforderung sein – immer mehr Länder erlassen strengere Vorschriften zu Emissionen und Herstellungsverfahren
Wie kann die additive Fertigung (3D-Druck) angewendet werden, um Teile herzustellen, die nicht nur leichter, sondern auch effizienter gestaltet und stärker sind?
◆ Hohle Sandwich- und dünnwandige verstärkte Strukturenbestehen normalerweise aus relativ dünnen Platten und relativ dicken Kernen. Bei Biegebelastung trägt das Oberflächenmaterial hauptsächlich Zugspannung und Druckspannung, und das Kernmaterial trägt hauptsächlich Scherspannung und trägt auch einen Teil der Druckspannung. Die Sandwichstruktur hat die Vorteile eines geringen Gewichts, einer hohen Biegesteifigkeit und -festigkeit, einer starken Anti-Instabilität, Ermüdungsbeständigkeit, Schallabsorption und Wärmeisolierung.
◆Die Hohlgitterstruktur kann das perfekte Gleichgewicht zwischen technischer Festigkeit, Zähigkeit, Haltbarkeit, Statik, Dynamik und Herstellungskosten erreichen. Die dreidimensionale Hohlstruktur weist ein hohes Maß an räumlicher Symmetrie auf, die die äußere Belastung gleichmäßig abbauen und die Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung sicherstellen kann.
◆Die Realisierung der integrierten Strukturbringt nicht nur die Vorteile des Leichtbaus mit sich, sondern reduziert auch den Montagebedarf, was Unternehmen auch praktikablen Raum zur Verbesserung der Produktionseffizienz eröffnet. Ein typischer Fall in dieser Hinsicht ist, dass GE die Anzahl der Kraftstoffeinspritzdüsenteile von mehr als 20 auf eins reduziert hat, indem das Design seiner Kraftstoffeinspritzdüsen in mehr als 10 Jahren Forschung kontinuierlich optimiert, getestet und erneut optimiert wurde.
◆Topologieoptimierungverteilt Material auf das Originalteil um und erreicht häufig eine Funktionsoptimierung basierend auf Gewichtsreduzierungsanforderungen. Die topologieoptimierten, speziell geformten Strukturen werden simuliert und analysiert, um die endgültige Modellierung abzuschließen. Diese Designs können oft nicht mit herkömmlichen Verarbeitungsmethoden verarbeitet werden, sondern können durch Metall-3D-Druck realisiert werden.
Die Vorteile von Leichtbau lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Reduzierter Materialverbrauch und Kosten
• Potenzial zur Optimierung der Teilestruktur für höhere Leistung
• Weniger Abfall ist umweltfreundlicher
• Besserer Ruf der Verbraucher
Jedes Produkt kann von Leichtgewicht profitieren, denn je geringer das Gewicht, desto niedriger die Versandkosten. Daher ist es für fast alle Branchen anwendbar. Die enthusiastischsten Unternehmen sind jedoch in der Luft- und Raumfahrt und der Automobilbranche zu finden. Das Reduzieren des Gewichts eines Flugzeugs, Raumfahrzeugs oder Fahrzeugs reduziert auch den Treibstoffverbrauch. Dies führt direkt zu Einsparungen bei den Betriebskosten, und die daraus resultierende potenzielle Umsatzsteigerung kann die Kosten des Leichtbauverfahrens schnell ausgleichen.
Leichtbau in diesen Bereichen ist durch das jüngste Aufkommen von Elektrofahrzeugen noch wichtiger geworden. Derzeit können Elektroautos nicht die gleichen Höchstgeschwindigkeiten erreichen wie Autos mit Verbrennungsmotor. Diese Fahrzeuge leichter zu machen, wird die Motoreffizienz verbessern und dazu beitragen, die Lücke zwischen den beiden Fahrzeugtypen zu schließen
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