Forschungsprojekt

Zielbranchen

Fahrzeugbau, Klimatechnik, Medizintechnik

Problemstellung

Offenporige metallische Schäume finden aufgrund ihrer Durchströmbarkeit und großen Oberfläche Verwendung in Wärmetauschern oder als Batterieelektroden. Auch als Leichtbauwerkstoff erlangen sie zunehmend Bedeutung. Am Fraunhofer IWU werden Kupfer-, Nickel- und Aluminiumschäume entwickelt und gefertigt. Die gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie das niedrige Gewicht sprechen, abgesehen von der Reaktivität, stark für den Werkstoff Aluminium.

Derzeitiger Forschungsstand sind zellulare Strukturen aus Titan(-legierungen) und Stahl. Poröse/zellulare Strukturen aus Titan sind speziell für die Medizintechnik hoch interessant, um die Steifigkeit von Implantaten der des Knochens anzunähern. Auch in der chemischen Industrie finden Titanschäume als Reaktionskörper mit extrem großer Oberfläche Anwendung. Die Herstellung ist jedoch, bedingt durch die hohe Reaktivität, sehr aufwendig.

Lösung

Offenporiger Metallschaum durch Beschichtung

Die Herstellungsroute offenporiger Schäume durch die meist galvanische Beschichtung eines Kunststoffschaums ist die derzeit am häufigsten angewendete Fertigungstechnologie. Zur Weiterentwicklung des Verfahrens für spezielle Anwendungen wurde 2015 eine galvanische Beschichtungsanlage am Fraunhofer IWU installiert.

Die Herstellung dieser Schäume ist auf relativ dünne Schäume begrenzt. Die erste Metallschicht dient der Schaffung einer elektrischen Leitfähigkeit und wird z. B. durch das Zerstäuben von Nickel erreicht. Als Folgeverfahren kommt der galvanische Auftrag zum Einsatz. Je nach Verwendung wird der Kunststoffschaum abschließend pyrolisiert.

Offenporiger Metallschaum durch Feinguss

Das Feingussverfahren zur Herstellung offenporiger Zellstrukturen basiert auf einem Polyurethan-Schaum, der durch Wachsaufdicken modifiziert, mit einem Gießsystem aus Wachs versehen und dann in einen keramischen Schlicker eingebettet wird. Nach dem Abbinden des Schlickers erfolgt eine Wärmebehandlung zum Ausschmelzen der Wachsanteile und zur thermischen Zersetzung des Kunststoffs. Übrig bleibt ein Hohlraum, auch Kavität genannt, der anschließend mit einer Metallschmelze ausgegossen wird. Nach der Erstarrung des Metalls wird die Form zerstört und das Gießsystem mechanisch abgetrennt. Übrig bleibt die offenzellige Metall-Reproduktion des ursprünglichen Kunststoffschaums.

Diese Herstellungstechnologie wird seit drei Jahren am Fraunhofer IWU genutzt und weiterentwickelt. Als vorteilhaft erwies sich die Möglichkeit, den Schaum in nahezu jede gewünschte Geometrie zu bringen. So können Befestigungselemente, Trennwände etc. mit dem Urmodell des Schaums kombiniert und anschließend gießtechnisch mit abgebildet werden.

Die erreichbare Porengröße liegt bei minimal 45 ppi (Poren je Inch).