Materialeffekte Druckbare Metallschäume schaffen Nachhaltigkeit

Ein Stück Metall, so leicht wirkend, wie Milky Way? Nun, so neu ist das nicht. Aber das, und noch mehr, kann man auf der EMO 2025 in Hannover erleben – vor allem auch die Vorteile davon, wenn man druckt.

Dieses Stück Metall ist so locker und leicht, das schwimmt sogar in Milch. Die Rede ist von Metallschaum. Das Material enthält bis zu 90 Prozent Luft und hat verblüffende Eigenschaften. In der Fabrik eingesetzt, sorgt es etwa für mehr Nachhaltigkeit und trägt dazu bei, die Umweltbilanz in der industriellen Produktion zu verbessern. Das ist durchaus relevant, denn wegen steigender regulatorischer Anforderungen stehen Produktionstechnikanbieter weltweit vor der Herausforderung. Dazu gehören leistungsfähigere und umweltschonendere Materialien, die es zu verwenden gilt. Was es in dieser Hinsicht schon gibt, wird auf der EMO Hannover 2025, der Weltleitmesse für Produktionstechnologie, vom 22. bis 26. September präsentiert. Normalerweise werden solche Sandwiches aus schäumbaren Strängen hergestellt, die in einem Ofen erhitzt werden. Doch es geht auch additiv!

Metallschaum kann auch aus dem 3D-Drucker kommen

Bauteile aus Metallschaum – oder genauer gesagt Bauteile aus hybriden porösen „HyPo“-Materialien – lassen sich auch additiv fertigen. Vorteil des per 3D-Drucker gefertigten Metallschaums ist, dass die Luftkammern sich akkurat anordnen lassen. Solche Bauteile können auf spezielle Anwendungsfälle hin optimiert werden. Denn die gradierte Einstellung der Porenstruktur im Inneren des Bauteils lässt mehr Optionen zu als chaotisch entstandene Zellen im Metall, wie sie sich beim oben beschriebenen Schäumen durch Gas ausbilden. So könnten im 3D-Drucker Maschinenkomponenten passgenau und mit exakt definierten Eigenschaften entstehen. Eine gradierte Einstellung von Porenstruktur und Eigenschaftsprofilen ist in einem monolithisch hergestellten Material nur schwer bis gar nicht möglich. „Das ist so, weil entweder der Herstellungsprozess oder die weitere Bearbeitung bis zur endgültigen Bauteilgeometrie nicht zu den finalen Anforderungsbedingungen der Beanspruchung passen“, so Thomas Hassel vom Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover (LUH). Die additive Fertigung schaffe aber eine endkonturnahe Herstellung von Bauteilen und an den entsprechenden Stellen gleichzeitig die Gradierung wunschgemäß einzubringen.

3D-Druck mit Roboter

Ein Haus aus dem 3D-Drucker

„HyPo“-Materialien verbessern Maschinen und Anlagen

Welche konkreten Anwendungen es dazu im Werkzeugmaschinenbau gibt und wie das innovative Material dabei helfen kann, Effizienz und Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld zu steigern, ist Gegenstand der LUH-Forschung. Im Fokus stehen dabei Komponenten einer Werkzeugmaschine (Werkzeugwechsler, Werkzeughalter, Spindelschlitten), die hinsichtlich ihrer Steifigkeit, Dämpfung, ihres thermoelastischen Verhaltens, ihrer Unwucht sowie ihrer Härte und Oberflächenqualität untersucht würden. Durch die Implementierung der „HyPo“-Bauteile – etwa in eine Fräsmaschine bekommt man dann heraus, welche Vorteile sich durch die gradierten Bauteile ergeben. „Dabei soll das Betriebsverhalten während der Bearbeitung analysiert werden, weil die Fräsbearbeitung eine große Bandbreite unterschiedlicher Lastfälle umfasst“, erklärt Hassel. So wird es möglich, den Einfluss des „HyPo“-Bauteils auf die mechanischen und thermischen Maschineneigenschaften zu erkennen. Die Performance der Maschine kann daraufhin wesentlich verbessert werden.

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