Titan-Bauteile aus dem 3D-Drucker: Bugatti druckt ersten Bremssattel

Es ist das weltweit größte generativ gefertigte Funktionsbauteil aus Titan: ein 8-Kolben-Monoblock-Bremssattel, den Bugatti jetzt in seinem Supersportwagen Chiron testen wird.

Es ist ein Rekord, der sich zukunftsweisend auf den 3D-Druck auswirken wird. In Zusammenarbeit mit dem in Hamburg ansässigen Laser Zentrum Nord, das seit Jahresbeginn zur Fraunhofer-Gesellschaft gehört, hat Bugatti den weltweit ersten Bremssattel mit einem 3D-Drucker gedruckt. Zugleich ist es das weltweit größte generativ gefertigte Funktionsbauteil aus Titan. Der Bremssattel soll noch dieses Jahr für den Serieneinsatz getestet werden.

Bugatti Chiron (Foto: Bugatti)

Im Bugatti Chiron hat der Hersteller derzeit die weltweit leistungsstärksten Bremsen im Einsatz, deren Bremssättel aus einer hochfesten Aluminium-Legierung hergestellt und mit acht Titankolben befestigt werden. Mit dem neu entwickelten 3D-Druck-Titan-Bremssattel geht Bugatti nun einen Schritt weiter und betritt damit Neuland. Titan kommt als Legierung unter dem wissenschaftlichen Namen Ti6AI4V hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, zum Beispiel bei hochbelasteten Bauteilen, wie den Aufhängungen der Fahrwerke oder Tragflächen bei Flugzeugen oder im Triebwerksbereich von Flugzeugen und Raketen.

Der Werkstoff ist wesentlich leistungsfähiger als Aluminium. So beträgt beispielsweise seine Zugfestigkeit selbst als 3D-Druck-Bauteil 1.250 N/mm2, das heißt, dass man an einem Quadratmillimeter dieser Titan-Legierung mit etwas mehr als 125 kg ziehen kann, ohne dass das Material reißt. Der neue Bremssattel aus Titan ist 41 cm lang, 21 cm breit, 13,6 cm hoch und wiegt gerade einmal 2,9 kg. Im Vergleich zum derzeit verwendeten Bauteil aus Aluminium, das 4,9 kg wiegt, könnte Bugatti bei einem Einsatz des neuen Bremssattels im Fahrzeug folglich über 40 Prozent Gewicht einsparen bei gleichzeitig noch höherer Belastungsfähigkeit.

Bremssattel aus dem 3D-Drucker (Foto: Bugatti)

Bisher hatte die extrem hohe Festigkeit von Titan es zu einem Ding der Unmöglichkeit gemacht, ein solches Bauteil aus einem Block zu fräsen oder zu schmieden und entsprechend zu bearbeiten, wie es bei Aluminium üblich ist. Ein äußerst leistungsstarker 3D-Drucker löst nun das Problem und eröffnet zudem die Möglichkeit, weitaus komplexere und damit deutlich steifere und festere Strukturen zu erzeugen, als dies mit jedem konventionellen Fertigungsverfahren denkbar wäre.

Der spezielle 3D-Drucker im Laser Zentrum Nord, bei Projektstart die weltweit größte für Titan geeignete Anlage, verfügt über vier Laser mit einer Leistung von jeweils 400 Watt. Es dauert insgesamt 45 Stunden, 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 sind erforderlich. Anschließend 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. Die Konturen werden abschließend mit einer 5-Achs-Fräsmaschine bearbeitet.