Bugatti produceert titanium remklauw met behulp van 3D-printer

Autofabrikant Bugatti heeft een titanium remklauw met acht zuigers geproduceerd met behulp van een 3D-printer. Het gaat niet alleen om de eerste remklauw die met behulp van een 3D-printer is gecreëerd, maar ook om het grootste functionele titanium onderdeel ooit geproduceerd met een additieve productiemethode.

De remklauw is door Bugatti geproduceerd in samenwerking met Laser Zentrum Nord of Hamburg, dat onderdeel uitmaakt van het Fraunhofer-Gesellschaft. Het ontwerp van de remklauw is niet nieuw; een aluminium variant van de remklauw wordt al langer gebruikt in de Bugatti Chiron. Het gaat om een remklauw van 41 cm lang, 21 cm breed en 13,6 cm hoog. De remklauw aan de voorzijde van de Chiron is voorzien van acht zuigers, terwijl de remklauw aan de achterzijde zes zuigers telt. Bugatti stelt dat de remklauw het grootste exemplaar is dat ooit door de automotive sector is geproduceerd. 

Gewichtsbesparing van 40%

Deze bestaande remklauw is nu door Bugatti met behulp van een 3D-printer in titanium geproduceerd. Het gebruik van titanium in plaats van aluminium maakt de remklauw niet alleen sterker, maar zorgt ook voor een gewichtsbesparing van 40%. De titanium variant van de remklauw weegt slechts 2,9 kilogram, terwijl het aluminium model 4,9 kilogram weegt. Het onderdeel is gemaakt van een titanium legering (Ti6AI4V) die voornamelijk wordt gebruikt in de luchtvaartindustrie. Zo wordt het materiaal gebruikt voor de productie van raketmotoren, onderdelen van vleugels en het onderstel van vliegtuigen. Het geprinte onderdeel heeft een trekkracht van 1.250 N/mm2. Dit betekent dat meer dan 125kg aan kracht kan worden uitgeoefend op één vierkante millimeter van het materiaal. 

Remklauwen worden traditioneel gedraaid of gefreesd. De onderdelen konden tot nu toe niet worden geproduceerd van titanium, aangezien de sterkte van het materiaal het zeer moeilijk tot onmogelijk maakt componenten te frezen of draaien van een titanium blok. Door te kiezen voor additieve productie heeft Bugatti dit obstakel overwonnen. Voor de productie van de titanium remklauw is gebruik gemaakt van een selective laser melting (SLM) printer van het Laser Zentrum Nord of Hamburg. SLM is een productieproces waarbij poeder met behulp van een laser op specifieke punten wordt uitgehard om een laag materiaal – in dit geval titanium – te creëren. Vervolgens wordt een nieuwe laag poeder aangebracht, die opnieuw wordt uitgehard. Dit maakt het mogelijk laag voor laag een object op te bouwen. De SLM-printer van het Laser Zentrum Nord of Hamburg is de grootste 3D-printer ter wereld die geschikt is voor de productie van titanium onderdelen. De printer is voorzien van vier 400-watt lasers. 

Opgebouwd uit 2.213 lagen

De 3D-geprinte titanium remklauw is in slechts drie maanden tijd ontwikkeld, vanaf het initiële idee tot het eerste geprinte component. Het printen van een remklauw neemt in totaal 45 uur in beslag. Iedere remklauw is opgebouwd uit 2.213 verschillende lagen geprint materiaal. Na het printen krijgt de remklauw een warmtebehandeling. Het materiaal wordt hierbij eerst blootgesteld aan een temperatuur van 700°C, waarna de temperatuur wordt verlaagd tot 100°C. Deze warmtebehandeling verwijdert restspanning en zorgt voor vormstabiliteit. 

Tijdens het printen worden supportstructuren gebruikt die het mogelijk maken objecten met overhangende elementen te produceren. Deze supportstructuren worden na de warmtebehandeling verwijderd, waarna de oppervlaktes van de remklauw glad worden gemaakt met een gecombineerd mechanisch, fysiek en chemisch proces. Dit proces zorgt ook voor een hogere vermoeiingssterkte. Tot slot worden de functionele oppervlaktes zoals de contactvlakken van de zuigers machinaal bewerkt met behulp van een vijf-assige freesmachine, wat nog eens 11 uur in beslag neemt. 

Onderdeel testen

De remklauw wordt in de eerste helft van 2018 getest in voertuigen. Indien deze testen succesvol worden afgerond kan het onderdeel in productie worden genomen. Götzke geeft aan dat indien de remklauw in productie genomen wordt, de productietijd kan worden teruggedrongen. Vooral het freesproces kan volgens Götzke worden versneld. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: Bugatti (foto)