Gezielt geschmolzen

Mit dem Start in die neue Saison der Deutschen Touren­wagen Meisterschaft (DTM) feiert BMW ein kleines Jubiläum: In einem der Motoren arbeitet das 500. Wasser­pumpen­rad aus dem 3D-Drucker. Das hochbelastete Präzisionsbauteil besteht aus einer Aluminiumlegierung und hat sich im harten Sporteinsatz bestens bewährt: Durchweg alle Pumpenräder arbeiteten ohne Ausfall und bestätigen damit die große Robustheit von Produkten aus additiven Fertigungsverfahren.

Die Hochleistungsmotoren laufen im Renneinsatz bis zu 70 Prozent unter Volllast, verbunden mit extremen Anforderungen vor allem an bewegte Bauteile. Deshalb entwickelten die BMW Ingenieure bereits 2010 ein einteiliges Wasserpumpenrad aus Leicht­metall als Ersatz für das bis dato eingesetzte Serien-Kunststoff­element. Auf Basis der langjährigen Erfahrungen in additiven Fertigungs­verfahren, die unter dem Sammelbegriff 3D-Druck einen immer größeren Bekanntheits­grad erlangen, wurde für die Fertigung der Kleinserie von Anfang an das SLM-Verfahren (Selective Laser Melting) gewählt.

Das strahlgeschmolzene Bauteil entsteht dabei in einem generativen Schicht­verfahren. Der 3D-Drucker trägt den Werkstoff in einer 0,05 Millimeter dünnen Metall­pulver­schicht auf eine Bearbeitungsplatte auf. Ein Laserstrahl verschmilzt das Pulver an den gewünschten Stellen unter einer Schutzgas­atmosphäre zu einer festen Aluminium­schicht. So entsteht das komplette dreidimensionale Bauteil Schicht für Schicht. Im Gegensatz zu 3D-Druck-Verfahren im Consumer-Bereich mit Kunststoff­filamenten erfordert die additive Fertigung von Metallteilen ein deutlich höheres Know-How in der Verfahrens­technik.

Die Fertigung per 3D-Druck erwies sich für die Kleinserie als das optimale Verfahren. Zum einen erlaubt es konstruktive Feinheiten an dem sechs­flügeligen Radial­pumpenrad, die mit anderen Herstellungs­methoden nur unter höherem Aufwand darstellbar sind. So konnte das Bauteil für die DTM strömungstechnisch optimal konstruiert werden. Zum anderen erübrigen sich komplexe Werkzeuge und Gussformen, die bedarfs­gerechte Produktion ist daher wirtschaftlicher. Überdies gewährleistet der 3D-Druck über die gesamte Produktionszeit die Maßhaltigkeit des Wasser­pumpen­rades. BMW setzt das homologierte Präzisions­bauteil sowohl in den DTM-Fahrzeugen, als auch in den Z4 GT3-Kundenfahrzeugen ein.

Die additiven Fertigungs­verfahren werden in der BMW Group bereits seit 1991 im Konzeptfahrzeugbau eingesetzt und sind kontinuierlich weiterentwickelt worden. Je nach Aufgabe nutzt die BMW Group unterschiedliche Verfahren. Das Team des Rapid Technologies Center im Forschungs- und Innovations­zentrum (FIZ) der BMW Group bearbeitet jährlich nahezu 25.000 Prototypen­aufträge und liefert dabei 100.000 Bauteile pro Jahr an die BMW internen Kunden aus. Je nach Verfahren und Bauteil­größe stehen die Musterteile schon nach wenigen Tagen zur Verfügung. Ihren Einsatz finden Sie zum Beispiel im Entwicklungs­umfeld, bei BMW Motorrad oder eben im Motorsport.

BMW / DE