3D-Drucker gestalten die E-Mobilität der Zukunft

3D-Drucker geben Schweizer Studentenprojekt bei der Entwicklung eines nachhaltigen Elektromotorrades für die E-Mobilität der Zukunft viele Freiheiten.

Moderne, industrietaugliche 3D-Drucker machen es möglich: In nur einem Jahr konnte im Rahmen des Projekts Ethec City ein nachhaltiges Elektromotorrad für die E-Mobilität der Zukunft auf die Straße gestellt werden, das mit einem ausgeklügelten Zweiradantrieb Energie spart und die Reichweite verbessert.

Tobias Oesch studiert Maschinenbau an der ETH Zürich und ist technischer Leiter des Projekts Ethec City. In einem Team von neun weiteren ETH-Studierenden stellte er sich der Herausforderung, in nur einem Jahr den Prototypen des Elektromotorrads zu entwickeln – vom Konzept über die Konstruktion, bis hin zur Montage und Testphase.

Tobias war motiviert, eines der aktuellen Hauptthemen des Automobilsektors anzugehen: die Nachhaltigkeit. „Wenn wir die Probleme des Klimawandels in den Griff bekommen wollen, müssen wir vor allem unsere städtische Mobilität stark verbessern“, betont er und ergänzt: „Motorräder sind effizienter als gewöhnliche Autos, aber wir sehen auf unseren Strassen kaum rein elektrische Motorräder – das muss sich ändern.“

Bei gewöhnlichen Motorrädern gehen rund 80 % der Energie gerade am Vorderrad verloren, was die Reichweite von elektrischen Fahrzeugen deutlich verringert. Der Ansatz des Teams zu dieser Problematik ist deshalb schlicht genial: „Wir haben uns entschieden, auch im Vorderrad einen Elektromotor zu integrieren, so dass wir ihn als Generator nutzen können, um die gesamte Bewegungsenergie wieder in das System zurückzuführen“, erklärt Tobias.

Durch die Rückgewinnung der Bremsenergie mit einem Zwei-Naben-Motor wird es möglich, mit einer kleineren Batterie weitere Strecken zu erreichen und somit die Effizienz des Motorrads drastisch zu verbessern. Für die Studierenden ist das Projekt aber Teil eines größeren Ganzen: „Ethec City ist für uns in erster Linie ein Forschungsprototyp, um diese Rekuperationsmethode zu untersuchen und damit den E-Mobilitätssektor in Zukunft zu verbessern“, so Tobias.

Mit einem kleinen Budget und einem engen Zeitplan für den Bau des Motorrads erwiesen sich herkömmliche Fertigungsmethoden bald als ungeeignet für das Team. „Da es sich um einen Prototyp handelt, brauchten wir oft nur einzelne Werkstücke und nicht tausende – für solche Fälle sind additive Technologien ideal“, betont Tobias.

Das Team entschied sich für Stereolithografie (SLA), Selektives Lasersintern (SLS) und Selektives Laserschmelzen (SLM) um mehrere Designteile des Gehäuses, aber auch strukturelle Komponenten wie die Halterung der Fussrasten 3D zu drucken. Tobias unterstreicht die gewonnenen Freiheiten durch den Einsatz dieser Technologien: „Mit dem 3D-Druck kann man komplexere Strukturen konstruieren, was die Möglichkeit bietet, mehrere Funktionen in einem Bauteil zu kombinieren.“ Weniger Teile bedeuten geringere Kosten und vor allem weniger Gewicht – ein entscheidender Vorteil, insbesondere bei Fahrzeugen.

Die Anforderungen an die 3D-gedruckten Objekte waren hoch, da sie für den Einsatz als funktionale Bauteile entwickelt wurden: Sie sollten nicht nur leicht, sondern auch langlebig und belastbar sein – Materialeigenschaften, die gut auf das Selektive Lasersintern zutreffen. Als die Studenten nach Partnern Ausschau hielten, beschloss der in der Schweiz ansässige Hersteller von SLS-Druckern, Sintratec, mehrere Komponenten zur Unterstützung des Projektes zu sponsern.

In der Folge wurden Teile wie das Gehäuse für das Display oder die Tankklappe auf dem Sintratec S2 System mit Sintratec PA12-Nylonpulver lasergesintert – mit überzeugenden Ergebnissen. „Die Qualität der Sintratec-Produkte war ausserordentlich präzise mit einer sehr guten Oberflächenqualität“, schwärmt Tobias. „Besonders das Displaygehäuse musste stabil genug sein, Witterungseinflüssen und mechanischen Belastungen standzuhalten, und auch robust genug, um ohne Verformung eingesetzt werden zu können.“ Für den ETH-Studenten haben die SLS-Komponenten diese Ansprüche erfüllt.

Nach der Lackierung verbaute das Team die Sintratec-Teile und steht nun kurz vor der Fertigstellung ihres Prototypen. „Wir haben es geschätzt, mit einer ebenfalls in der Schweiz ansässigen Firma zusammenzuarbeiten, da wir so einen sehr persönlichen Kontakt und keine Lieferverzögerungen hatten“, erklärt Tobias.

Wie lautet sein Urteil über die SLS-Technologie? „Für unsere Anwendung war SLS die beste Fertigungslösung. Wenn es jedoch um größere Serien geht, kann sie sehr teuer werden, und ich denke, der Weg zur Massenproduktion ist noch weit.“

Aber mit einem System wie der Sintratec S2 – das sich auch für Klein- und Mittelserien eignet – ist das Potenzial für die Industrie offensichtlich. Tobias fasst zusammen: „Meiner Meinung nach hat die SLS-Technologie im Automobilsektor definitiv ihren Platz. Sie wird vor allem im Prototypenbau und bei der Entwicklung von Fahrzeugen für die Zukunft eine wichtige Rolle spielen.“ Eine Zukunft der Mobilität, die hoffentlich von Projekten wie Ethec City geprägt sein wird.

gk