Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

Bildquelle: alimex GmbH

alimex realisiert Bauteile aus Aluminium in allen Geometrien und in höchsten Qualitätsstandards. Das Leichtmetall Aluminium gehört zu den gefragtesten Werkstoffen in der Konstruktion und der Verarbeitung. In immer mehr Anwendungsfeldern werden Aluminium-Bauteile eingesetzt: In Verpackungsmaschinen und Automatisierungsanlagen, Elektrotechnik, im Fahrzeug- und Flugzeugbau oder im Bereich der Hochvakuum-Anwendungen in der Solar- und Halbleiterindustrie. Die Gründe liegen auf der Hand: Aluminium hat ein geringes Gewicht bei hoher Stabilität, eine sehr gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie beste Recyclingeigenschaften. Hinzu kommen insbesondere im Gussplattenverfahren optimale Oberflächeneigenschaften, Dehngrenzen und Zerspanbarkeit. Die erweiterten Einsatzgebiete und immer spezifischere Konstruktionen erfordern zugleich höchste Präzision. Weiterlesen

Halbzeuge für faserverstärkte Kunststoffe

Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Einsatz vor allem im Leichtbau

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bilden eine vielseitige Klasse der Konstruktionswerkstoffe, welche stetig an Bedeutung und Anwendungsgebieten hinzugewinnt. Hochleistungsfasern von hoher Festigkeit und Steifigkeit werden dabei in einer Matrix aus Kunststoff eingebettet. Sie tragen die mechanischen Lasten, welche auf das Bauteil einwirken. Die Kunststoffmatrix gibt dem Bauteil seine Form, indem sie Lasten zwischen den Fasern überträgt, und schützt die Fasern vor Umwelteinflüssen. Durch diese Kombination entsteht ein Werkstoff mit völlig neuen Eigenschaften.

Gängige Fasern sind Glas- sowie Carbonfasern, wobei auch diverse Polymerfasern (Aramid, PBO, UMHWPE…) und zunehmend auch Naturfasern (Flachs, Jute, Basalt…) zum Einsatz kommen.

Mit Schnittfasern verstärkte technische Kunststoffe wie Polyamid werden in großen Mengen, vor allem im Spritzguss, verarbeitet und kommen in viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs zur Anwendung. Mit Endlosfasern verstärkte Hochleistungskunststoffe bieten hingegen unübertroffene gewichtsspezifi-sche mechanische Eigenschaften (Abbil-
dung 1) und kommen daher in vielen Leichtbauanwendungen, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Rennsport, zum Einsatz. Weiterlesen

Hochleistungsfräser für den Mikrobereich

Bildquelle: Mikron Switzerland AG

Bildquelle: Mikron Switzerland AG

Mikron Tool präsentiert einen neuen Hochleistungs-Mikrofräser zum Schruppen und Schlichten für schwierigst zu zerspanende Materialien. Den neuen CrazyMill Cool Micro Z3/Z4 – der Kleinste mit integrierter Kühlung und der erste mit werkstoffspezifischen Schneidengeometrien – gibt es im Durchmesserbereich von 0.2 mm bis 1.0 mm mit einer Frästiefe bis zu 5 x d.

Prädestiniert für schwer zu zerspanende Hochleistungswerkstoffe besticht er durch erhebliche Leistungssteigerung und höchste Prozesssicherheit gegenüber herkömmlichen Standards. Vor allem zeigt er seine Stärken im Umfang- und Nutenfräsen sowie beim Fräsen mit Spiralinterpolation. Weiterlesen

Eine lasergeschweißte Kartusche für den kleinen Bob

Bild 1: Der Geschirrspüler Bob

Bild 1: Der Geschirrspüler Bob

Bob, das ist nach den Worten der Erfinder „der kleinste Geschirrspüler der Welt!“. Das Gerät wurde von der Daan Technologies SAS entwickelt und zielt nicht nur auf kleine Haushalte, sondern auch auf den Camping- und Freizeitmarkt ab. Neben den geringen Abmessungen ist an Bob vor allem interessant, dass er ohne feste Installation auskommen kann und über neueste Netzwerktechnologie verfügt. Für die Produktion der Reinigungskartusche „Bob Cassette“ setzt das Unternehmen auf das wirtschaftliche Laser-Kunststoffschweißen. Weiterlesen

Maximale Produktivität ist abhängig von der Lagerauswahl und der Lagerinstallation – Teil 2

Bild: The Timken Company

Vertikale und horizontale Bearbeitungszentren sehen sich unterschiedlichsten Anforderungen ausgesetzt. Durch die Auswahl eines Lagers, das zur Erfüllung dieser Anforderungen konfiguriert ist, sowie durch seine ordnungsgemäße Installation lassen sich sowohl die Produktivität als auch die Leistung verbessern.

Produktivität ist ein Maß dafür, wie effizient wir Inputs in nützliche Outputs umsetzen können. Übertragen auf die Welt der maschinellen Bearbeitung lässt sich die Produktivität eines Prozesses zum Metallabtrag am besten steigern, indem die Zykluszeit reduziert und ungeplante Ausfallzeiten sowie Ausschuss eliminiert werden. Oder anders ausgedrückt: Wenn Sie mehr Produkte zu niedrigeren Stückkosten ausliefern, erhöhen Sie Ihren Gewinn. Weiterlesen

Optimale Leistung eines Bearbeitungszentrums ist abhängig vom Wälzlager – Teil 1

Das richtige Wälzlager optimiert Produktivität und Leistung (Bild: The Timken Company)

Das richtige Wälzlager optimiert Produktivität und Leistung (Bild: The Timken Company)

Vertikale und horizontale Bearbeitungszentren sehen sich unterschiedlichsten Anforderungen ausgesetzt. Durch die Auswahl eines Lagers, das zur Erfüllung dieser Anforderungen konfiguriert ist, lassen sich sowohl die Produktivität als auch die Leistung verbessern.

Es ist noch gar nicht so lange her, dass ein typisches Werk für Automobilmotoren oder -getriebe zahlreiche Maschinen betrieb, von denen jede einem spezifischen und eng definierten Zweck diente. Diese Ansammlung von Einzweckmaschinen wurde in eine Transferstraße integriert, auf der ein unbearbeitetes Werkstück transportiert wurde, wobei jede Maschine einen eng definierten Satz von Fräs-, Bohr- oder Gewindebohrarbeiten ausführte – auch als Arbeitszyklen bezeichnet – die den Rohling in ein Fertigteil verwandelten. Die Spindellager in diesen Maschinen wurden für den jeweiligen spezifischen Arbeitszyklus optimiert. Weiterlesen

Living Materials

Dr. Britta Pinzger, Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl

An der Schnittstelle der klassischen Materialwissenschaften und der synthetischen Biologie ist in den letzten Jahren das Forschungsfeld der Living Materials (oder Engineered Living Materials = ELM) neu entstanden und in dieser Zeit bereits enorm gewachsen. Ziel ist es dabei, lebende Zellen als aktive Komponenten zu verwenden, um nicht lebender Materie lebensähnliche Fähigkeiten zu verleihen, z. B. sich zu vermehren, sich selbst zu heilen, sich an Umweltreize anzupassen oder komplexe Moleküle zu synthetisieren. Als lebende Komponente werden Bakterien, Hefen, Algen oder Säugetierzellen eingesetzt, die oftmals zuvor gentechnisch verändert wurden, während als nicht lebende Materialkomponente organische oder anorganische Polymere sowie Mineralien oder Metalle verwendet werden. Weiterlesen

Janus-Partikel

Dr. Diana Freudendahl, Dr. Heike Brandt, Dr. Ramona Langner

Janus, der römische Gott des Anfangs und des Endes, und insbesondere seine Darstellung als vorwärts- und rückwärtsblickender Janus-Kopf gelten als Symbol der Zwiespältigkeit. Eben jener Name wurde daher vor etwas mehr als 30 Jahren für Partikel und Materialien gewählt, die in klar abgegrenzten Bereichen ihrer Oberfläche verschiedene und teils gegensätzliche physikalische oder chemische Eigenschaften aufweisen – in gewisser Weise also zwiespältig sind. So kann ein Janus-Partikel auf der einen Hälfte seiner Oberfläche wasserabweisend sein und auf der anderen wasserliebend. Alternativ wurden auch Janus-Partikel synthetisiert, die halbseitig z. B. unterschiedliche Farben, magnetische oder elektrische Eigenschaften oder andere Funktionalitäten aufweisen. Ihre Eigenschaften werden in jedem Fall durch ihre asymmetrische Struktur bestimmt. Die Form solcher Partikel reicht dabei von Kugeln und Hanteln bis hin zu Scheiben und Stäbchen. Im Fall von zweidimensionalem Schichtmaterial sowie Membranen kann sich die Janus-Struktur sowohl auf die Ober- und Unterseite als auch auf bestimmte Areale einer Seite des Materials beziehen. Die Partikel können sowohl aus Kunststoffen, Metallen oder Keramiken sowie als hybride Werkstoffstrukturen hergestellt werden. Weiterlesen

Innovative Werkstoffherstellung für das Polymer Laser Sintern – Teil 2

Das Polymer Laser Sintern wird zu den additiven Fertigungsverfahren gezählt und erfreut sich aufgrund kurzer Produktzyklen und hoher Freiheitsgrade in der Fertigung immer größerer Beliebtheit. Die breitere Anwendung des Verfahrens wird unter anderem noch durch eine begrenzte Materialauswahl behindert, welche auf hohe Anforderungen und das Fehlen passender Herstellungsprozesse zurückzuführen ist. Im zweiten Teil dieses Artikels werden zwei experimentelle Herstellungsverfahren aus der aktuellen Forschung an der Universität Paderborn vorgestellt, welche das Potenzial bieten, die bisherigen Restriktionen zu beseitigen.

Im ersten Teil des Artikels wurde die kryogene Vermahlung als ein bereits etabliertes Verfahren zur Herstellung von SLS-Materialien vorgestellt, obwohl lediglich scharfkantige Partikeln und somit Pulver mit i.d.R. schlechten Fließeigenschaften erzeugt werden können. Um die Fließeigenschaften in einem nachgelagerten Schritt zu verbessern, werden an der Universität Paderborn die thermische Verrundung und die mechanische Verrundung tiefergehend untersucht. Bei der thermischen Verrundung in der Gasphase werden die Partikeln in einem vertikal beheizten Reaktor teilweise aufgeschmolzen und erhöhen aufgrund der geringeren Oberflächenspannung ihre Sphärizität, welche sie in der Erstarrungsphase beibehalten. Aktuelle Anlagen zur thermischen Verrundung liefern allerdings nicht nur eine geringe Ausbeute, sondern sind auch mit hohem Energieverbrauch verbunden, weshalb intensiver Forschungsbedarf besteht, um das Verfahren für die Massenproduktion weiterzuentwickeln. Weiterlesen

Innovative Werkstoffherstellung für das Polymer Laser Sintern – Teil 1

Unter Berücksichtigung von Lieferkettenstörungen und immer kürzeren Produktzyklen sowie einem fortschreitenden Trend zur Individualisierung, gewinnt die Additive Fertigung immer mehr an Bedeutung. Der Polymer-3D-Druck mittels Pulverbettverfahren (SLS) hat sich dabei kontinuierlich vom Prototypenbau hin zu einer Standardfertigungsmethode für Kleinserien, Ersatzteile und Individualbauten in vielen Branchen entwickelt. In diesem zweiteiligen Artikel soll zunächst auf die Anforderungen an SLS-Materialien eingegangen und konventionelle Herstellungsverfahren beschrieben werden. Der zweite Teil beschäftigt sich mit den Chancen und Möglichkeiten experimenteller Herstellungsmethoden welche momentan an der Universität Paderborn erforscht werden.

Vorreiter in der Industrialisierung der Additiven Fertigung ist das Polymer Laser Sinter (LS) Verfahren, auch Selektives Laser Sintern (SLS) genannt, bei dem eine dünne, teilkristalline Polymerpulverschicht auf einer Bauplattform aufgetragen, anschließend bis kurz unter die Schmelztemperatur vorgeheizt und selektiv mit einem Laser entsprechend der Bauteilschichtinformation verschmolzen wird (Abbildung 1). Nach dem Absenken der Bauplattform um eine Schicht wiederholt sich der Vorgang so lange, bis der Baujob abgeschlossen ist und die fertigen Bauteile im sogenannten Pulverkuchen abkühlen können. Typischerweise folgen noch weitere Nachbearbeitungsschritte wie grob und fein Entpulvern, glätten oder färben.

Abbildung 1: Lasersinterprozess von der CAD Datei bis zum fertigen Bauteil im Pulverkuchen

Abbildung 1: Lasersinterprozess von der CAD Datei bis zum fertigen Bauteil im Pulverkuchen

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