Prototyp mit Aluminium: E-Bike-Hersteller setzt auf 3D-Drucktechnologie

• THOK E-Bikes baut den ersten vollgefederten Prototyp eines E-Mountainbikes aus Aluminium — und zwar mit 3D-Drucktechnologie.
• Das Light E-MTB ist mit dem aktuellen Bosch SX-Motor ausgestattet.
• Der Prototyp wurde auf der Eurobike vorgestellt und ist testfähig.

Während in der Vergangenheit bereits mit einigen Fahrrädern mit ähnlicher Technologie experimentiert wurde, ist dies das erste Mal überhaupt, dass ein funktionsfähiger Prototyp eines vollgefederten E-Mountainbikes (E-MTB) enthüllt wurde. Dazu gehören das richtige Gewicht, Steifigkeit und Flexibilität.

Das Neue daran ist, dass nicht nur die Entwicklungstechnologie eine Neuheit für diese Art von Projekt darstellt. Das Endprodukt wird vielmehr auch etwas sein, das es im THOK-Katalog noch nie gegeben hat. Das leichte E-MTB ist mit dem neuen Bosch SX-Motor ausgestattet. Es eröffnet zudem die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Batteriekapazitäten zu wählen, um sich besser an die Bedürfnisse des Bikers anzupassen.

Ein geformter, aber perfekt fahrbarer Prototyp

THOK Project P4 (P4 ist die Abkürzung für die endgültige Form und den Namen des Bikes) ist der Start dessen, was es voraussichtlich 2024 geben wird: das erste Leichtgewicht von THOK. Die Entwicklung ist in vollem Gange, mit Tests auf den technischen Tracks von Finale Ligure, bei denen der auf der Eurobike ausgestellte Rahmen zum Einsatz kommt.

Denn es handelt sich um einen perfekt funktionierenden Prototyp, mit dem realistische Tests möglich sind. Mit herkömmlichen Polyurethan- oder PC-ABS-Modellen wäre das alles nicht denkbar.

Aluminiumdruck bildet Kohlefaserformen nach

Höchstwahrscheinlich wird das endgültige Rad aus Kohlefaser bestehen, aber die Herstellung von Prototypen aus diesem Material wäre zeitaufwändig und teuer. Die 3D-Drucktechnik verwendet daher andere Materialien. In diesem Fall handelt es sich um ein Aluminium- und Siliziumpulver, das mit einem Laserstrahl verfestigt wird. Die Struktur ist wabenförmig, um Gewicht zu sparen.

Der Prototyp von THOK besteht aus sechs 3D-gedruckten Teilen, die dann zusammengeschweißt werden. Tests des resultierenden Produkt erfolgen auf verschiedenen Geländetypen, in der Regel auf mittelschweren bis schweren All-Mountain-Strecken. Mit dieser Technologie lässt sich alles, was man sich in Carbon vorstellen kann, in Aluminium prototypisieren.

Schnelle Entwicklungszeiten durch Prototyp mit 3D-Druck

Der Vorteil des Rapid Prototyping mit 3D-Druck liegt in der Möglichkeit, Geometrien und Aufbauten in der Praxis zu testen, Anpassungen und Designänderungen an Versuchsmodellen sehr schnell vorzunehmen. Die Herstellung eines Fahrrads erfordert in der Regel mindestens zwei Jahre Arbeit. Dazu gehören Besprechungen, Marktstudien, Zeichnungen, Entwicklung, Haltbarkeits- und Belastungstests, Gesprächen mit Zulieferern und vor allem mit der Herstellung von Prototypen. Dies gilt insbesondere für diejenigen, die wie THOK keine Open-mold Rahmen verwenden, sondern ihre E-Bikes von Grund auf neu entwerfen. Somit betritt man Neuland in der Entwicklungsphase. Es spart Zeit. Es aber vor allem den Vorteil, dass ein lauffähiger Prototyp entsteht, der dem fertigen Produkt zu 99 Prozent ähnelt.

Für einen solch heiklen Übergang suchte THOK einen Partner der Extraklasse. Die Wahl fiel auf Materialise, ein belgisches Unternehmen mit Niederlassungen in 20 Ländern. Das Unternehmen ist auf den 3D-Druck für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Medizintechnik spezialisiert.

Technologie, Materialien und der richtige Partner

Bei der Technologie handelt es sich um Selective Laser Melting (SLM). Bei diesem additiven Fertigungsverfahren wird Laser zum Schmelzen von Metallpulver eingesetzt. Für den THOK P4 wurde eine Legierung aus Aluminium und Silizium (AlSi₁₀Mg) gewählt. Denn sie ist in Bezug auf Festigkeit, thermische Eigenschaften, Gewicht und Flexibilität nach der Bearbeitung am besten geeignet.

Es ist ein Material, das einzigartige Formen ermöglicht und strukturell komplexe Probleme löst, die andernfalls bei einem E-Bike zahlreiche CNC-gefräste Teile (ein „subtraktives“ Produktionsverfahren, bei dem stattdessen Materialschichten abgetragen werden) und Einwegformen erfordern würden.

Mit dieser Legierung lassen sich auch größere Modelle herstellen als mit jedem anderen im 3D-Metalldruck verwendeten Material, weshalb sie häufig in der Luft- und Raumfahrt und im Rennsport eingesetzt wird.

Vorteile und Schwierigkeiten

Das Ziel des Rapid Prototyping mit 3D-Druck ist die Herstellung von Arbeitsmodellen, mit denen sich Geometrie, Aufhängung und Integration der Komponenten testen lassen.

SLM ermöglicht die Herstellung von Teilen, die leicht genug sind, um das Gewicht des endgültigen Karbon-Rads zu simulieren. Denn mit dem additiven Verfahren entstehen halbhohle Rohre mit der für dieses Material erforderlichen Dicke von einem halben Millimeter (2 mm für Strukturteile).

“Es ist eine Sache, Prototypen mit runden Rohren zu testen, denn das schränkt die möglichen Formen ein und erlaubt fast nie eine optimale Integration der Teile, aus denen ein E-MTB besteht. Eine andere Herausforderung ist es, solche Tests mit doppelt gefederten Prototypen durchzuführen, die dem Endprodukt sehr ähnlich sehen,” erklärt Luca Burzio, Industriedesigner bei THOK, der die Projekte von der technischen Seite her begleitet.

„Es ist unmöglich, einen funktionierenden Prototyp zu erhalten und die notwendige Integration von Batterie und Motor mit einer herkömmlichen Methode zu reproduzieren. Es gibt Bauteile, die durch Hydroforming hergestellt werden, für fürs Formen erforderlich sind und die sonst nicht als Prototyp verwendet werden könnten. Selbst Karbonprototypen sind nicht funktionsfähig und halten langen Tests nicht stand. In diesem Sinne löst das erste vollständig geformte, vollgefederte E-Bike, das wir hergestellt haben, ein großes Problem.“

Luca Burzio, Industriedesigner bei THOK

Die Herausforderung für THOK und Materialise

„In der Vergangenheit haben wir die Projekte nacheinander überarbeitet. Wir haben nicht weniger als drei Prototyp-Rahmen studiert, bevor wir das erste Modell gebaut haben. Beim THOK P4 ist die erste Überarbeitung bereits ein Modell mit den für Kohlefaser typischen Dicken und Abständen, das von der Montage und vor allem vom Fahren her dem Gefühl des endgültigen Fahrrads sehr nahe kommt,“ erklärt THOK-CEO Stefano Migliorini. Er ist der Mann, der diesen neuesten Prototyp persönlich unter Stress setzt, wie auch jedes andere THOK-Projekt, um die getroffenen Entscheidungen zu testen und die notwendigen Änderungen zu bewerten.

Diese Herausforderung hat THOK und Materialise vor nie dagewesene Probleme gestellt und war für beide ein Lernprozess. Insbesondere was das Zusammenspiel der Metallformteile sowie die Bearbeitung der Gehäuse der kinematischen Mechanismen und der Komponenten-Schnittstellen betrifft.

„Das Projekt mit THOK hat es uns ermöglicht, unsere Erfahrung im Fahrradsektor zu erweitern und den 3D-Druck von Metall auf ein neues Niveau zu heben. Diese Zusammenarbeit gab uns die Möglichkeit, unsere Fähigkeiten im Bereich der additiven Fertigung von Metall zu verfeinern, um Antworten auf die genauen Anforderungen des italienischen Unternehmens zu finden.“

Simone Cannella, Business Development Manager bei Materialise

Weitere Informationen: https://www.thokbikes.com/de/home

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