Hybride Additive Fertigung von Strukturknoten für Leichtbau-Rahmenstrukturen (HyAdd-Prof)

Die zunehmende Motorisierung in urbanen Räumen erhöht den Druck zur Umsetzung neuer Mobilitäts- und Logistikkonzepte. Speziell für die Last-Mile Logistik entsteht derzeit ein neuer Markt für Kleinfahrzeuge wie E-Cargo-Bikes. Die besondere Herausforderung bei der Produktion derartiger Fahrzeuge ist die hohe Anforderung an Leichtbau und Variantenvielfalt bei vergleichsweise geringer Stückzahl von ca. 10 Fzg/Tag. Bestehende Konstruktions- und Fertigungslösungen aus dem Bereich Fahrrad oder Automobil lassen sich nicht einfach übertragen, daher wurde ein neues modulares Konstruktions- und Fertigungsprinzip auf Basis einer Leichtbau-Rahmenstruktur erstellt. Diese Struktur wird aus Profilen und geeigneten Verbindungselementen als Profilknoten gebildet. In diesem Projekt soll eine Konstruktions- und Fertigungsmethode für derartige Profilknoten aus einer Al-Legierung auf Basis der Hybriden Additiven Fertigung entwickelt werden. Die Knoten werden dazu aus abgekanteten Blechelementen gebildet, die mittels einem lichtbogenbasierten Additive Manufacturing verbunden und lokal verstärkt werden (WAAM), so dass ähnlich einem Gussknoten in den Bereichen hoher mechanischer Spannung die Querschnitte vergrößert werden.
Im Hinblick auf die geringe Stückzahl ist eine kostengünstige Umsetzung der Rahmenstrukturen angestrebt. Der Ablauf der geplanten Fertigungskette ist schematisch in folgender Grafik zu sehen.

Hybrid additive manufacturing of structural nodes for lightweight frame structures

Increasing motorization in urban areas is boosting the pressure to implement new mobility and logistics concepts. A new market for small vehicles such as e-cargo bikes is currently emerging, especially for last-mile logistics. The particular challenge in the production of such vehicles is the high demand for lightweight construction and a wide range of variants with comparatively low quantities of approx. 10 vehicles per day. Existing design and manufacturing solutions from the bicycle or automotive sector cannot simply be transferred, which is why a new modular design principle based on a lightweight frame structure was created. This structure is formed from profiles and suitable connecting elements as profile nodes. The aim of this project is to develop a design and manufacturing method for such profile nodes based on hybrid additive manufacturing. The nodes are formed from folded sheet metal elements that are joined and locally reinforced using arc-based additive manufacturing (WAAM), so that the cross-sections are enlarged in the areas of high mechanical stress, similar to a cast node.