Leichtbau im Extremsport

Additive Fertigung und generatives Design ermöglichen verbesserte Skateboard-Achse

 Perfektionierten Leichtbau findet man häufig im Motorsport oder in der Luft- und Raumfahrt, wo hohe Geschwindigkeit und starke Strukturen im Vordergrund stehen. Doch auch bei Extremsportarten wie Downhill Longboarding, bei dem Fahrer mit speziellen Skateboards auf steilen Abfahrten Geschwindigkeiten von über 100 km/h erreichen, sind Gewicht und die strukturelle Beschaffenheit des Sportgerätes von entscheidender Bedeutung für Kontrolle und Agilität.

Insbesondere die Achsen des Skateboards sind hierfür essentiell. Um diese strukturell zu optimieren, begann der damalige Student Philipp Manger gemeinsam mit dem Fraunhofer IWU Dresden und Autodesk im Rahmen seiner Abschlussarbeit das Projekt T.O.S.T (Topology Optimized Skateboard Trucks). Sein Ziel: die Konstruktion und Fertigung einer topologisch optimierten Achse in Eigenregie, die bei geringem Gewicht dieselbe oder eine höhere Steifigkeit als herkömmliche Modelle aufweisen sollte.

Die während der Fahrt auf die Achsen einwirkenden Kräfte wurden zunächst durch ein mit Sensoren versehenes Longboard gesammelt und ausgewertet. Auf Grundlage dieser Informationen entwickelte Philipp Manger unterschiedliche Varianten der Achse, wobei sich eine hybride, aus organischen und Gitterstrukturen bestehende Version als zielführendster Ansatz erwies. Durch die mit Autodesk Fusion 360 durchgeführte Topologie-Optimierung und die Verwendung von generativem Design mit Autodesk Netfabb entstand eine skelettähnliche Form mit internen Gitterstäben. Anstatt lange Zeit nach der besten Anordnung zu suchen, konnte die optimale Gitterstruktur und -dicke dank des generativen Ansatzes schnell gefunden werden.

Während traditionell eine begrenzte Zahl an Modellen entwickelt worden wäre, die dann aufwändig auf ihre Tauglichkeit überprüft werden müssten, spielte im Projekt T.O.S.T ein Algorithmus in Autodesk Netfabb unzählige mögliche Lösungen durch und entwickelte so eigenständig das gewichtsoptimierte Ideal, das den erforderlichen Parametern bestmöglich entsprach. Um die Struktur mit derer herkömmlicher Achsen vergleichen zu können, erstellte Manger 3D-Scans von im Handel erhältlichen Achsen und konvertierte die so generierten Daten mit Netfabb und Fusion 360 in 3D CAD-Modelle, die unmittelbar mit den neuen Designs verglichen werden konnten.

Bereits zu Beginn des Projekts war klar, dass die Achse additiv im Laserschmelzverfahren gefertigt werden sollte. Durch diesen „Design for additive manufacturing“ (DfAM)-Ansatz, der sich direkt auf zahllose weitere Anwendungsfelder und Branchen übertragen lässt, konnte der gesamte Design- und Fertigungsprozess kosten- und ressourcenschonend umgesetzt werden. Als Material wurde Titan verwendet, da das Metall einen hohen Korrosionsschutz und eine extreme Festigkeit aufweist. Gegenüber herkömmlichen Achsen konnte durch die eingesetzten Technologien insgesamt eine Gewichtsreduktion von 25 bis 32 Prozent erzielt werden, während die Steifigkeit der Achse im Vergleich zu anderen Modellen um 15 bis 18 Prozent stieg.

Bei Interesse an Bildmaterial zu T.O.S.T sprechen Sie uns gerne an unter Autodesk_Germany@edelman.com.