Multi-Material-Design: Denken in völlig neuen Dimensionen

Unter Verwendung von Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium und Titan lassen sich auf dem Gebiet des Multi-Material-Designs mit den serienerprobten METAHYBRID-Technologien Produktideen verwirklichen, die bisher undenkbar schienen. Den Unternehmen der herstellenden Industrie nahezu aller Branchen bieten sich daher völlig neue Lösungen, die bisher nicht oder nur mit bedeutend höherem Aufwand realisierbar waren. So werden neuartige Kombinationen und Verarbeitungsmöglichkeiten von zahlreichen Werkstoffen bzw. ihre Substitution möglich.

Innovation ist bekanntlich der Katalysator des Unternehmenserfolgs. Mit den METAHYBRID-Technologien erschließen sich Unternehmen ein enormes Potenzial zur Entwicklung von neuen Produkten oder der grundlegenden Modifizierung bestehender Produkte. Zudem lassen sich nicht nur Produkteigenschaften gezielt definieren, sondern auch beachtliche Vorteile bei der Wirtschaftlichkeit der Herstellungsprozesse erzielen.

METAHYBRID Lösung wurde als BEST OF beim INDUSTRIEPREIS 2018 in der Kategorie "Forschung & Entwicklung" ausgezeichnet.

METAHYBRID.
Zwei Verfahren, fünf Leistungs-Cluster, unzählige neue Möglichkeiten.

Mit METAHYBRID lassen sich unterschiedliche Werkstoffe zu einem konsistenten Produkt mit zuvor definierten Eigenschaften vereinigen. Hierbei spielt Leichtmetall – in der Regel eine herkömmliche Aluminium-Legierung – stets eine entscheidende Rolle. Durch die Verbindung bzw. Kombination von mehreren unterschiedlichen Werkstoffen zu einem Produkt ergeben sich zahllose, innovative Möglichkeiten des Multi-Material-Designs.

Um die gewünschte, optimale Produktlösung zu verwirklichen, stehen zwei METAHYBRID-Verfahren zur Verfügung, die jeweils für sich oder kombiniert einsetzbar sind:

1. METAKER^® ist die neuartige, serienbewährte Technologie der elektro-plasmachemischen Erzeugung einer metall-keramischen Oberfläche auf Leichtmetall. Das Verfahren erlaubt die präzise Abstimmung von vielfältigen funktionalen, haptischen und optischen Eigenschaften auf gewünschte Zielanwendungen von Leichtmetallbauteilen.

2. Mit der ebenfalls neuen Technologie OPENPORE Kokillenguss Aluminium können offenporige Aluminium-Werkstücke in fast jeder Form, Größe und Porosität, auch teil-porös oder im Werkstoffverbund, hergestellt werden.

OPENPORE-Produkte zeichnen sich im Vergleich zu herkömmlichen Technologien wie Metallschaum oder Sinterung u.a. durch höhere mechanische Stabilität des Gussgefüges aus.

Um die Vielfalt der möglichen Anwendungen übersichtlich zu strukturieren, bietet sich folgende Gliederung an:

• METAKER^® Composites – Neue Materialeigenschaften
• METAKER^® Multiplex – Neue Beschichtungssysteme
• METAKER^® Hybrids – Neue Multifunktionalität
• OPENPORE Light Metals – Neue Werkstoffklassen
• OPENPORE Hybrids – Neue Materialkombinationen

Werkstoff-Hybride nach den METAHYBRID-Verfahren bieten zum einen die Kombinationsmöglichkeit von Werkstoffen, die bisher als "unvereinbar" galten. Dazu gehört auch, dass sie problemlose Fügbarkeit mit gleichzeitig hoher Belastbarkeit verbinden. Zum anderen weisen solche Bauteile entsprechend den Werkstoffkombinationen unterschiedliche Funktionsbereiche auf (wenn gewünscht auf engstem Raum mit maximaler Funktionsdichte), die bei entsprechender Anordnung auch scheinbar gegensätzliche Merkmale integrieren können.

Insbesondere die großen Einspareffekte bei Kosten und Gewicht sowie die Schonung von Materialressourcen bei der Herstellung und Nutzung der Produkte machen die METAHYBRID-Verfahren zu Technologien, denen zweifellos die Zukunft gehört.

METAKER^® Composites.
Leichtmetalle mit neuen Werkstoffeigenschaften.

Leichtmetalle und Leichtmetall-Hybride erhalten mit der sehr wirtschaftlichen und umweltfreundlichen METAKER^®-Technologie eine Randschicht mit einer Dicke von 2 bis 200 µm.

Diese in ihren Eigenschaften modifizierbare Schicht ist heterogen, multifunktional, mikrostrukturiert und atomar haftend. So entsteht ein Mikro-Verbundwerkstoff, dessen Eigenschaften einstellbar und kombinierbar sind, z.B.:

• Wärme leitend, mikrostrukturiert und extrem abriebfest (Tribologie)
• dielektrisch und Wärme leitend (elektrische Kühlung, Thermoelektrik)
• elektrisch leitend und abriebfest (elektrische Kontakte)
• Wärme leitend, korrosionsbeständig und Licht reflektierend (LED)
• auf dem Untergrund atomar haftend, mikrostrukturiert und aktiviert (Kleben)
• körperverträglich, mikrostrukturiert und bioaktiviert (Medizin)

So kann beispielsweise die Oberflächenhärte eines Aluminium-Bauteils von 80 HV auf 500 – 1.300 HV gesteigert werden, eine Dielektrizität bis 350 V und zugleich eine Wärmeleitfähigkeit von 25 W/mK erzielt werden.

METAKER^® Multiplex.
Schichtensysteme mit unterschiedlichen Aufgaben.

Die mit der METAKER®-Technologie erzeugte Randschicht kann als Grundschicht oder als Funktionsschicht genutzt werden.

Die Grundschicht lässt sich hervorragend mit anderen Beschichtungstechnologien kombinieren, wie z.B. mit einer Kathoden-Tauchlackierung (KTL) auf einer METAKER^® -modifizierten Magnesium-Oberfläche, mit einer physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD) in Verbindung mit Aluminium beschichtetem Carbon oder einer modifizierten Aluminium-Oberfläche.

Als Funktionsschicht bietet METAKER^®-Multiplex mit der Einstellbarkeit seiner Eigenschaften (z.B. elektrisch leitend, Wärme leitend, dielektrisch, Licht reflektierend u.v.m.) auf zahlreichen mit Aluminium beschichteten Substraten wie z.B. Stahl, Kunststoff oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) vielfältige Einsatzmöglichkeiten.

METAKER^® Hybrids.
Die neue Art der Multifunktionalität.

Die Oberflächen von konventionell gefertigten Leichtmetallbauteilen können sowohl vor als auch nach dem Verbinden mit anderen Werkstoffen entsprechend den geforderten Eigenschaften modifiziert werden. Auf diese Weise sind neue, multifunktionale Werkstoff-Hybride möglich, die die Integration von erweiterten Funktionen bei gleichzeitiger Optimierung der Produktionsprozesse erlauben. Darüber hinaus bieten sie beachtliche Vorteile hinsichtlich Gewicht und Kosten.

Auch bei der generativen Herstellung von Bauteilen kommen die Vorteile der METAKER^®-Technologie uneingeschränkt zum Tragen. Darüber hinaus ist das Verfahren geeignet, bei feinen, bionischen Strukturen ein "keramisches Korsett" zu erzeugen, sodass die oft minimale Festigkeit gesteigert wird.

OPENPORE Kokillenguss Aluminium.
Eine unvergleichliche, neue Werkstoffklasse.

OPENPORE Aluminium-Werkstücke, nach dem ALUPOR™-Verfahren hergestellt werden, sind den bekannten Metallschaum- und Sinter-Verfahren weit überlegen. Dies bezieht sich auf die serienmäßig reproduzierbare Porosität und Porengeometrie, die hohe Stabilität, die Möglichkeit der Herstellung nahezu jeder denkbaren Form und der herkömmlichen CNC-Metallbearbeitung. Diese Eigenschaften eröffnen zahlreiche mechanische, akustische, thermische, strukturelle und dekorative Anwendungsmöglichkeiten.

Offenporiger Aluminiumguss bietet als Werkstoff eine homogene Volumenporosität von 55 – 70% bei einer Dichte von ca. 1,3 g/cm3. Die Herstellung im einfachen Kokillenguss ist zudem äußerst wirtschaftlich.

Im Rahmen des Multi-Material-Designs lässt sich OPENPORE-Aluminium sowohl mit der METAKER^®-Technologie kombinieren als auch mit zahlreichen weiteren Werkstoffen zu METAHYBRID-Produkten weiterentwickeln.

OPENPORE Hybrids.
Werkstoff-Hybride in breiter Vielfalt.

Auf der Basis von OPENPORE-Aluminium lassen sich Metall-Hybride, Metall-Kunststoff-Hybride und METAKER®-Hybride herstellen.

1. Metall-Hybride
Da OPENPORE-Aluminium einerseits auf dem einfachen Kokillenguss-Verfahren beruht andererseits die Prozessabläufe bis ins Detail erforscht sind und deshalb zuverlässig beherrscht werden, ergeben sich bei der Herstellung von Metall-Hybriden alle Möglichkeiten, die Prozesse auf zuvor definierte Eigenschaften abzustimmen. Dies erlaubt die Herstellung von

• teilporösen Aluminiumteilen
• Aluminiumteilen mit gemischten Porositäten
• porösen Aluminiumteilen mit Metall-Einlegern
• Metallprofilen mit Aluminium-Schaumkern
• Hohlräumen in Al-Werkstücken anhand von anwendungsspezifischen Salzkernen
• u.v.m.

2. Metall-Kunststoff-Hybride
Für die Produktion von Bauteilen als Metall-Kunststoff-Hybride werden Verfahren zur Infiltration von porösen Bereichen mit Kunststoff (Spritzguss) und Harz (CFK) eingesetzt. In die Poren können auch erwärmte Kunststoffe eingedrückt werden (Thermoformen) sowie Kunststoffbereiche von den porösen Aluminiumteilen durch Einleger klar getrennt werden (Metall-Hybrid).

3. METAKER^® Hybride
Mit der OPENPORE-Technologie hergestellte poröse Bauteile lassen sich mit dem METAKER^® -Verfahren modifizieren, d.h. dass auch die Poren-Innenwände eines solchen Bauteils die gewünschte metall-keramische Oberfläche erhalten. Damit verfügt das Bauteil über die mit METAKER^® voreingestellten neuen Eigenschaften.

Industriepreis 2018. BEST OF Auszeichnung für METAHYBRID.

Der INDUSTRIEPREIS wird für die fortschrittlichsten und innovativsten Industrielösungen in 14 Kategorien – von Automotive, über Medizintechnik bis hin zu Zulieferer – vergeben. Im exklusiven Kompendium der Besten sind die fortschrittlichsten und leistungsstärksten Lösungen der deutschsprachigen Industrie vereint.

Die Huber Verlag für Neue Medien GmbH prämiert mit dem INDUSTRIEPREIS Unternehmen mit hohem wirtschaftlichem, gesellschaftlichem, technologischem und ökologischem Nutzen. Dies trifft auf den METAHYBRID Ansatz von AUTOMOTEAM zu.

Die unabhängige, hochkarätig besetzte Jury des INDUSTRIEPREIS 2018 zeichnete METAHYBRID als BEST OF Lösung in der Kategorie "Forschung & Entwicklung" aus.

Zusammenfassung.

METAHYBRID ist der Oberbegriff für innovative Produkte im Rahmen des Multi-Material-Designs. Sie werden entwickelt mithilfe neuartiger Herstellungsverfahren aus konventionellen und modernen Werkstoffklassen.

Entscheidend sind dabei die Möglichkeiten, welche die beiden Technologien METAKER^® und OPENPORE bieten. Mit ihnen kann nun ein enormes Anwendungspotenzial erschlossen werden: nicht nur Werkstoff-Hybride, sondern auch übergeordnete Metahybride.