3D-Formteile aus Aluminiumschaum
Havel Lite® 3D-Formteile sind dreidimensional geformte Bauteile aus Aluminiumschaum: Mithilfe des pulvermetallurgischen Verfahrens lässt sich – ähnlich dem Gussverfahren – im Grunde fast jede geometrische Form kreieren. Das Material ist nicht brennbar, entwickelt keinen Rauch und ist zu 100 % wiederverwendbar. Hinzu kommen Energieabsorption sowie Schall-, Vibrations- und Schwingungsdämpfung.
Stand:
Wie entstehen 3D-Formteile aus Aluminiumschaum?
3D-Formteile entstehen im pulvermetallurgischen Verfahren: Damit lässt sich im Grunde fast jede geometrische Form kreieren, ähnlich dem Gussverfahren. Eine lange Lebensdauer sowie die Aufbereitung und Wiederverwendbarkeit zu 100 % sind zusätzliche Aspekte, die Aluminium in Schaumform zu einem beachtenswerten, wichtigen Werkstoff machen.
Welche Eigenschaften bringen 3D-Formteile mit?
3D-Formteile aus Aluminiumschaum sind nicht brennbar und entwickeln keinen Rauch. Hinzu kommen hervorragende Eigenschaften wie die Energieabsorption – zum Beispiel im Crashfall durch plastische Verformungsarbeit – sowie die Schall-, Vibrations- und Schwingungsdämpfung. Für Branchen wie Automobilbau oder Maschinenbau werden damit völlig neue Industrielösungen für den Leichtbau geschaffen.
Wo sind 3D-Formteile bereits im Einsatz?
Gefertigte Beispiele zeigen die Bandbreite der Geometrien: ein Aluminiumschaum-Crash-Absorber im Gepäcknetz eines Pkw, das 3D-Formteil eines Stoßdämpfers und 3D-Formteile einer Armlehne für U-Bahnsitze. Für Branchen wie Automobilbau oder Maschinenbau entstehen so völlig neue Industrielösungen für den Leichtbau.
- Aluminiumschaum-Crash-Absorber im Gepäcknetz eines Pkw
- 3D-Formteil eines Stoßdämpfers
- 3D-Formteile einer Armlehne für U-Bahnsitze
Verfahren und Geometrie
Was sind 3D-Formteile aus Aluminiumschaum?
Auch gefragt: Wie werden Formteile aus Metallschaum hergestellt? · Welche Geometrien sind möglich?
3D-Formteile von Havel metal foam sind Bauteile, die im pulvermetallurgischen Verfahren direkt in einer Form aufgeschäumt werden. Weil der Schaum die Form ausfüllt, lässt sich im Grunde fast jede geometrische Form erzeugen, ähnlich dem Gussverfahren, und das Bauteil entsteht nahe an seiner Endform. Ein Formteil kann ohne Schweißnaht ausgeführt werden, was Fügestellen und damit Schwachstellen erspart. Der Unterschied zum Sandwich liegt darin, dass hier kein Verbund aus Kern und Decklagen entsteht, sondern ein Schaumkörper in Bauteilform.
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Wie dünn darf die Wand eines Formteils sein?
Auch gefragt: Welche Mindestwandstärke ist möglich? · Wie dick kann ein Schaumkern werden?
Die Mindestwandstärke eines 3D-Formteils von Havel metal foam liegt bei 0,6 mm. Der Wert ist die untere Grenze für die Schaumwand selbst und damit die Größe, die über die Machbarkeit einer dünnwandigen Geometrie entscheidet. Nach oben ist die lieferbare Kerndicke mit 3 bis 70 mm angegeben. Beide Werte sind Richtwerte für die Auslegung; für ein konkretes Bauteil werden Wandstärke und Dichte zusammen mit der Geometrie festgelegt, weil die drei Größen zusammenhängen.
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Wie dicht ist ein Formteil aus Aluminiumschaum?
Auch gefragt: Ist der Schaum gasdicht? · Hält ein Formteil Druck?
In 3D-geformter Ausführung ist der Aluminiumschaum von Havel metal foam heliumdicht bis 10 bar. Diese Eigenschaft entscheidet darüber, ob der Werkstoff für ein geschlossenes Gehäuse in Frage kommt, etwa für ein Batteriegehäuse, dessen Innenraum dicht abgeschlossen sein muss. Helium ist als Prüfgas der strengere Fall, weil seine Moleküle klein sind. Für Paneele und flache Sandwiches gilt die Angabe nicht, sie steht für die 3D-geformte Ausführung.
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Energieabsorption
Wie absorbieren Formteile aus Aluminiumschaum Energie?
Auch gefragt: Wie wirkt ein Crashabsorber aus Metallschaum? · Lässt sich die Absorption einstellen?
Ein 3D-Formteil von Havel metal foam nimmt Energie über plastische Verformungsarbeit auf: Die Zellwände knicken bei Überlast nacheinander ein, und die Kraft bleibt dabei über einen langen Verformungsweg annähernd konstant, statt in einem Riss zu enden. Wie viel Energie aufgenommen wird, ist einstellbar, denn Havel metal foam legt die Absorption über Schaumdichte und Porengröße aus. Für ein Bauteil bedeutet das, dass der Absorber auf einen Lastfall gerechnet wird und nicht auf eine Materialgüte.
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Gibt es eine gerechnete Auslegung für einen Aufprall?
Auch gefragt: Wie wird ein Absorber dimensioniert? · Welche Energie nimmt eine Schaumecke auf?
Ja. Für eine Abwurfpalette liegt bei Havel metal foam eine Auslegung im Entwurf vor: eine 3D-Aluminiumwanne von 800 × 600 × 124 mm mit rund 14 kg Eigengewicht und Schaumecken von 60 × 50 × 104 mm. Zu absorbieren waren 2880 J, also 90 kg bei 8 m/s. Die Schaumecken allein leisten 2870 J bei 50 % Stauchung, bei einer mittleren Druckfestigkeit von 7 MPa. Der Entwurf ist noch kein geliefertes Bauteil; er zeigt aber, wie eine Absorberauslegung hier gerechnet wird und dass die Ecken den Lastfall bereits allein tragen.
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Ausführungen und Anwendungen
Welche Oberflächenausführungen sind bei Formteilen möglich?
Auch gefragt: Gibt es Formteile mit geschlossener Aluminiumhaut? · Können Formteile lackiert werden?
Neben dem reinen Schaumkörper liefert Havel metal foam 3D-Formteile mit umgossener Aluminiumhaut: Der Schaumkern wird mit Aluminium umgossen und erhält so eine geschlossene, belastbare Außenfläche. Ausgeführt ist das an einem Trägerbalken für die Spulen einer Textilmaschine. Daneben gibt es beschichtete Ausführungen, etwa einen beschichteten Fensterrahmen und Rampen mit Kratz- und Antirutschlack. Welche Ausführung passt, hängt davon ab, ob die Fläche tragen, gleiten oder nur geschlossen sein muss.
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Wo sind solche Bauteile bereits im Einsatz?
Auch gefragt: Welche Formteile wurden schon gefertigt? · Gibt es Beispiele aus dem Maschinenbau?
Havel metal foam fertigt unter anderem Dachspriegel und einen Türschweller aus reinem Aluminiumschaum, ein Stoßdämpferelement, eine Aluminium-Bodenplatte, einen stapelbaren 3D-Crashabsorber, Armlehnen für U-Bahnsitze sowie Rampen mit Kratz- und Antirutschlack. Im Maschinenbau kommen ein Trägerbalken für Textilmaschinenspulen, ein Zwischenflansch für eine Zahnradfräsmaschine und das Querportal einer Fräsmaschine hinzu. Der Zwischenflansch ist dabei die eine Ausnahme von der Klebstofffreiheit: Der Metallschaumring in ihm ist eingeklebt.
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Kann ein geschäumtes Bauteil ein Druckgussteil ersetzen?
Auch gefragt: Lohnt sich Metallschaum gegen Aluminiumdruckguss? · Gibt es einen Kühlkörper aus Aluminiumschaum?
Ja, und für einen Kühlkörper in einer Drohne liegt dazu ein Designvorschlag von Havel metal foam vor. Das Modell DCR-A ersetzt ein geripptes Druckgussteil durch Aluminiumschaum mit Aluminium-Gusshaut und kommt dabei auf rund 30 g gegenüber rund 60 g, also etwa die Hälfte der Masse. Der Vorschlag ist ein Entwurf und kein geliefertes Bauteil. Die im Entwurf genannte Wärmeleitfähigkeit ist bisher nicht durch eine Messung belegt und bleibt deshalb ohne Zahlenangabe.
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