BYD Yangwang U9X: 30 % Gewichtsersparnis dank 3D-gedrucktem Chassis

Bildquelle: BLT

Als der Yangwang U9X im vergangenen Jahr die Automobilwelt mit einer Nürburgring-Runde unter sieben Minuten und einer Höchstgeschwindigkeit von 496,22 km/h verblüffte, konzentrierte sich die Berichterstattung größtenteils auf Leistung und Aerodynamik. Neue Erkenntnisse enthüllen nun eine weitere, ebenso wichtige Geschichte: Die integrierte Aluminiumkarosserie des Fahrzeugs, hergestellt im großformatigen Metallpulverbett-Schmelzverfahren, ermöglichte eine Gewichtsersparnis von über 30 % gegenüber konventionell gefertigten Fahrwerkskomponenten und erhöhte gleichzeitig die Torsionssteifigkeit in kritischen Bereichen um über 200 %.

Wie der 3D-Druck diese Zahlen ermöglichte

Die Gewichtseinsparung resultiert nicht allein aus dem „Drucken desselben Bauteils“. Sie resultiert aus einer Neugestaltung der Struktur. Ingenieure nutzten Topologieoptimierung und interne Gitterstrukturen/Hohlkammern, um das Material gezielt dort einzusetzen, wo es für Festigkeit, Steifigkeit und Energieabsorption benötigt wird. Das Ergebnis ist eine monolithische, hochfeste Aluminiumstruktur aus einer speziell entwickelten Legierung, gefertigt auf großformatigen AM-Metall-Systemen eines Fertigungspartners. Diese Kombination aus Designfreiheit und Materialentwicklung ermöglicht den doppelten Vorteil: geringeres Gewicht und höhere Steifigkeit für bessere Crash- und Haltbarkeitseigenschaften.

Der Partner und die Hardware hinter dem Projekt

Bright Laser Technologies (BLT), der Partner für Metall-AM-Anlagen, der mehrere Großformatsysteme für das Projekt lieferte, stellte Maschinen zur Verfügung, die große, hochwertige Aluminium-Strukturbauteile und sogar 3D-gedruckte Bremssättel mit internen Ölkanälen und Einsätzen herstellen können. Diese Bremssättel erreichten durch Topologieoptimierung eine Gewichtsersparnis von 20–30 % und eine Dichte von über 99,5 %. Sie bestanden die Röntgenprüfung ohne innere Defekte. Diese hohe Fertigungsqualität ist unerlässlich, wenn 3D-gedruckte Teile in sicherheitskritischen Systemen eingesetzt werden.

Gleisprüfung und -inspektion

Erst Praxistests verleihen einem Konstruktionsnachweis industrielle Glaubwürdigkeit. Das Nürburgring-Programm des U9X umfasste Langstreckenfahrten und Bremszyklen, die die gedruckte Karosserie und die gedruckten Bremskomponenten unter Rennbedingungen validierten. Neben reinen Maßkontrollen wurden Röntgenaufnahmen und Dichtemessungen eingesetzt, um die strukturelle Integrität der gedruckten Teile zu bestätigen – eine bewährte Methode für jede AM-Anwendung, die für Straße oder Rennstrecke vorgesehen ist.

Warum dies für die Einführung des 3D-Drucks in der Automobilindustrie wichtig ist

1. Gestaltungsfreiheit → Leistung: Integrierte gedruckte Karosseriestrukturen eliminieren Verbindungen und Befestigungselemente und ermöglichen so durchgehende Lastpfade und topologiebedingte Masseneinsparungen.

2. Teilekonsolidierung: AM ermöglicht es, mehrere traditionell getrennte gestanzte oder geschweißte Teile zu einem gedruckten Bauteil zusammenzufügen, wodurch die Montagekomplexität und potenzielle Fehlerquellen reduziert werden.

3. Beschleunigte Entwicklungszyklen: In Kombination mit digitaler Simulation und hauseigener Druckkapazität können OEMs leistungskritische Strukturen schneller iterieren.

4. Es entstehen Validierungswege: Das Projekt zeigt, wie strenge zerstörungsfreie Prüfverfahren, Dichtekontrolle und Gleisvalidierung das Vertrauen in die additive Fertigung von Metallen für Primärstrukturen beschleunigen können.

Herausforderungen für eine breitere Einführung

Trotz des Durchbruchs steht die Skalierung dieses Ansatzes auf die Serienproduktion von Fahrzeugen vor Herausforderungen: hohe Maschinenlaufzeiten für große Metall-PBF-Bauteile, Kosten für Rohmaterialien und Nachbearbeitung, Qualifizierung und behördliche Zertifizierung von Primärstrukturen sowie der Durchsatz der Lieferkette für die Massenfertigung. Die Grenzen bei Reifen und Komponenten verdeutlichen zudem die komplexe Systemintegration, die erforderlich ist, um die Leistungsgrenzen zu erweitern. Dennoch ist das Projekt ein konkreter Beweis dafür, dass der 3D-Druck von Nischenteilen auf strukturelle Anwendungen ausgeweitet werden kann, wenn Wirtschaftlichkeit und Validierungsstrategie übereinstimmen.

Quellen

1. VoxelMatters, „BYD erzielt 30 % Gewichtsersparnis mit rekordverdächtigem AM-Chassis“, https://www.voxelmatters.com/byd-achieved-30-weight-saving-with-record-breaking-am-chassis

2. Offizielle BYD-Pressemitteilung (Yangwang U9X Höchstgeschwindigkeit / Nürburgring-Ergebnisse), https://www.byd.com/mea/news-list/yangwang-u9-xtreme-is-the-worlds-fastest-production-car-with-top-speed-of-496kmh

3. Bright Laser Technologies (BLT) – Projektnotizen und Pressematerial zur U9X-Kooperation, https://www.xa-blt.com/en/news/blt-empowers-byds-yangwang-u9x-to-break-world-records-with-a-top-speed-of-496-22-km-h