Bugatti entwickelt additiv gefertigten Bremssattel aus Titan

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Entwickler des Automobilherstellers Bugatti haben einen Bremssattel konzipiert, der mithilfe eines 3-D-Druckers gefertigt wird. Während für die additive Fertigung von Fahrzeugteilen bislang hauptsächlich Aluminium verwendet wurde, besteht dieser neue Bremssattel aus Titan. Nach Angaben Bugattis ist es "das weltweit an seinem Volumen gemessen größte additive gefertigte Funktionsbauteil aus Titan", wie Frank Götzke, Leiter Neue Technologien in der Technischen Entwicklung von Bugatti Automobiles, erklärt. Der Titan-Bremssattel wurde in Zusammenarbeit mit dem in Hamburg ansässigen Laser Zentrum Nord, das seit Jahresbeginn zur Fraunhofer-Gesellschaft gehört und jetzt Fraunhofer IAPT heißt, entwickelt. Die Fahrzeugversuche für den Serieneinsatz des 3-D-Titan-Bremssattels sollen in der ersten Hälfte dieses Jahres starten.       

40 Prozent Gewichtersparnis

Titan kommt als Legierung unter dem wissenschaftlichen Namen Ti₆AI₄V hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz. Der Werkstoff ist wesentlich leistungsfähiger als Aluminium. So beträgt beispielsweise seine Zugfestigkeit als 3-D-Druck-Bauteil 1.250 N/mm². Der neue Bremssattel aus Titan ist 41 Zentimeter lang, 21 Zentimeter breit, 13,6 Zentimeter hoch und wiegt 2,9 Kilogramm. Im Vergleich zum derzeit verwendeten Bauteil aus Aluminium, das 4,9 Kilogramm wiegt und im Chiron zum Einsatz kommt, könnte Bugatti bei einem Einsatz des neuen Bremssattels im Fahrzeug folglich über 40 Prozent Gewicht einsparen bei gleichzeitig höherer Belastungsfähigkeit.

Dem stand bislang allerdings die Tatsache entgegen, dass die extrem hohe Festigkeit von Titan es sehr schwierig und in der Praxis oftmals sogar unmöglich macht, ein solches Bauteil aus einem Block zu fräsen oder zu schmieden und entsprechend zu bearbeiten, wie es bei Aluminium üblich ist. Ein äußerst leistungsstarker 3-D-Drucker löst nun das Problem – genauer die Anlage für selektives Laserstrahlschmelzen im Laser Zentrum Nord in Hamburg. Der spezielle 3-D-Drucker verfügt über vier Laser mit einer Leistung von jeweils 400 Watt.

Titanpulver wird Schicht für Schicht aufgetragen

Nach Angaben Bugattis hat es insgesamt 45 Stunden gedauert, um einen Bremssattel zu drucken. In dieser Zeit wird Titanpulver Schicht für Schicht aufgetragen. Mit jeder Schicht schmelzen die vier Laser das Titanpulver der vorgegebenen Form des Bremssattels entsprechend auf. Das Material erkaltet sofort, der Bremssattel nimmt Gestalt an. Insgesamt 2.213 Schichten seien erforderlich, so Bugatti. Nach Fertigstellung der letzten Schicht wird das verbliebene nicht aufgeschmolzene Titanpulver aus der Baukammer entfernt und in einem geschlossenen Prozess für die Wiederverwendung gereinigt und aufbewahrt. Übrig bleibt der Bremssattel, inklusive einer Stützstruktur, die das Bauteil in Form hält, bis es eine stabilisierende Wärmebehandlung absolviert und auf diese Weise seine Endfestigkeit erreicht hat.

Dafür kommt der Bremssattel in den Ofen, wo er für zehn Stunden Temperaturen von anfangs 700 Grad bis auf 100 Grad Celsius im weiteren Verlauf ausgesetzt wird, um Bauteileigenspannungen zu eliminieren und die Maßhaltigkeit sicherzustellen. Anschließend werden die Stützstrukturen entfernt und das Bauteil von der Bauplatte getrennt. Im nächsten Fertigungsschritt werden durch ein kombiniertes mechanisch-physikalisch-chemisches Verfahren die Oberflächen geglättet, was die Dauerschwingfestigkeit, sprich die Langzeithaltbarkeit des Bauteiles im späteren Fahrzeugbetrieb, deutlich erhöhen soll. Abschließend werden die Konturen aller Funktionsflächen, zum Beispiel die Kolbenräume oder Gewinde, bearbeitet. Dies geschieht in einer sogenannten Fünf-Achs-Fräsmaschine, die dafür noch einmal weitere elf Stunden benötigt. Das Ergebnis ist ein Bauteil mit Materialwandstärken zwischen minimal ein und maximal vier Millimetern.