Laserbearbeitung von Metallschaum

Metalllic-Schäume werden kategorisiert inoffenzellige und geschlossenzellige SchäumeGeschlossenzellige Schäume besitzen Membranen, die benachbarte Zellen oder Hohlräume trennen, während offenzellige Schäume ein Netzwerk zufällig verteilter Hohlräume aufweisen, die wie in Abbildung (a) bzw. (b) dargestellt miteinander verbunden sind. Die Kategorisierung ist sehr wichtig, da sie Metallschäume je nach Anwendung unterscheidet. Geschlossenzellige Metallschäume weisen eine hohe Steifigkeit auf und werden hauptsächlich in strukturellen Anwendungen eingesetzt. Offenzellige Schäume hingegen werden aufgrund ihrer großen Oberfläche und der intern verbundenen porösen Struktur hauptsächlich in funktionalen Anwendungen wie Wärmetauschern verwendet.

Daher sind Verarbeitungsmethoden hauptsächlich verantwortlich fürMetallschäume individuell anpassenzu ihren Anwendungen durch defiInDie anatomische Struktur oder Porenverteilung der Metalle wird durch die Verarbeitungsmethoden bestimmt. Die Verarbeitungsmethoden werden grob in Flüssig- und Feststoffverfahren unterteilt. Flüssigverfahren sind aufgrund ihrer hohen Schäumungsraten und hohen Ausbeuten in der kommerziellen Produktion am beliebtesten. Das Verfahren erzeugt Poren in flüssigen oder halbfesten Metallen auf zwei Arten: direktes und indirektes Schäumen. Direktes Schäumen kann durch Einleiten eines Gases (Luft, Stickstoff oder Argon) oder durch Einbringen sekundärer Substanzen wie TiH2, ZrH2, MgH2, CaCO3 usw. direkt in die geschmolzene Metallmatrix erreicht werden. In beiden Fällen bilden sich Blasen an der Oberfläche der Schmelze, die eingeschlossen und abgekühlt werden, um Hohlräume zu erzeugen.

Beim indirekten Schäumen wird das geschmolzene Metall nicht direkt aufgeschäumt; stattdessen werden bestimmte Vorläufer wie Polymerschäume oder anorganische Partikel und Hohlkugeln mit geringer Dichte verwendet, um das geschmolzene Metall zu einem Schaum zu gießen. Die Flüssigverarbeitung ermöglicht die Massenproduktion vonMetallschäumeIn Plattenform mangelt es an Stabilität und Steuerbarkeit. Daher sind nahezu fertige Formen schwierig herzustellen. Auch die Materialvielfalt, die mit dieser Methode zur Schaumbildung verwendet werden kann, ist sehr begrenzt.

Festkörperschäumen ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallschäumen, bei dem die Verarbeitungstemperatur im Schmelztemperaturbereich des Grundmaterials liegt. Metallschäume werden entweder durch direktes Einbringen des Treibmittels in das gemischte feste Metall (intrinsische Porosität) oder durch Einbetten des Metallpulvers um eine vorbehandelte temporäre Schablone mit Hohlräumen (extrinsische Porosität) hergestellt. Festkörperprozesse sind zwar zuverlässiger steuerbar, aber kostspielig. Die heutige Fertigungsindustrie legt großen Wert auf die Auswahl ihrer Produkte hinsichtlich ihrer Herstellbarkeit.

MetallschäumeMetallschaum ist ein neuartiger poröser Leichtbauwerkstoff, der aus Poren oder Hohlräumen in einem massiven Metall besteht. Die Poren entstehen üblicherweise unkontrolliert im Grundmaterial und folgen unterschiedlichen Prozessabläufen, wodurch eine stark randomisierte poröse Metallstruktur entsteht. Der Volumenanteil der entstehenden Poren ist im Vergleich zum Grundmaterial sehr hoch, was dem Material sein geringes Gewicht verleiht. Neben seinem geringen Gewicht bietet das Material eine Reihe weiterer herausragender struktureller Eigenschaften: ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie hervorragende Schwingungsdämpfung und Schallabsorption. Um Metallschaum in jeder Branche einsetzen zu können, muss er eng in einen zuverlässigen Herstellungsprozess integriert werden. Geschäumte Metalle zeichnen sich durch hohe Steifigkeit und geringe Zugfestigkeit aus und neigen zum Bruch unter Belastung. Daher sind konventionelle Herstellungsverfahren für die Bearbeitung der allgemeinen Form von Metallschaum ungeeignet. Dies erschwert die breite Anwendung von Metallschäumen. Die Laserbearbeitung nutzt anstelle einer mechanischen Belastung eine präzise Wärmequelle, einen Laser, zur Materialbearbeitung.