DE19928997A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schäumen von Metallen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schäumen von Metallen, wobei ein metallisches Ausgangsmaterial, das ein Treibmittel enthält, durch eine räumlich begrenzte Energiezufuhr erhitzt, auf eine Schäumtemperatur gebracht, zumindest teilweise zu Metallschaum aufgeschäumt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metall­ schäumen, die vor allem im Leichtbau als Isolations- oder Dämmelemente sowie als Stoßabsorber in der Automobilindustrie eingesetzt werden können.

Es ist bekannt, einer zu schäumenden Legierung in pulverförmigem Zustand ein Treibmittel zuzumischen und diese Mischung zu pressen. Der so entstandene Körper wird frei liegend oder in einer Form in einem Ofen bis zur Schmelz- bzw. Schäumtempe­ ratur erhitzt. Dadurch zersetzt sich das Treibmittel und die Legierung wird zu Metall­ schaum aufgeschäumt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß beim Ausschäumen eines Hohlkör­ pers dieser zwangsläufig miterwärmt wird, wodurch der Hohlkörper möglicherweise be­ schädigt wird. In jedem Fall wird jedoch die Auswahl der geeigneten Werkstoffe für den Hohlkörper und die aufzuschäumende Legierung durch deren thermische Eigenschaften stark eingeschränkt. Weiterhin nachteilhaft ist, daß der aufzuschäumende Körper im Ofen von außen nach innen erwärmt wird. Das bedeutet, daß beim Aufwärmen ein Temperaturgefälle zwischen den äußeren und inneren Bereichen des aufzuschäumen­ den Körpers vorliegt. Diese ungleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten aufzu­ schäumenden Körper bewirkt, daß sich im geschäumten Werkstück Poren unterschied­ licher Größe bilden, was die Ausbildung von isotropen, mechanischen Eigenschaften des Werkstückes verhindert.

Darüber hinaus muß das geschäumte Werkstück schnell und gleichmäßig abgeschreckt werden, um ein Einfallen der entstandenen Poren zu verhindern. Ein solches schnelles und gleichmäßiges Abschrecken wird aber mit zunehmender Werkstückgröße immer schwieriger. Außerdem wurde festgestellt, daß beim Aufschäumen im Ofen die Poren­ größe im unteren Bereich des geschäumten Werkstückes deutlich geringer als im obe­ ren Bereich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß unter dem Einfluß der Schwerkraft Material im geschäumten Werkstück absinkt, bevor das Werkstück aushärtet.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß ein partielles oder differenziertes Aufschäumen des Körpers mit dem bekannten Verfahren nicht möglich ist. Schließlich sind die bekannten Verfahren stark von der Form des zu schäumenden oder auszuschäumenden Werkstückes abhängig, so daß bei schon geringen Änderun­ gen der Form die Schäumbedingungen und Schäumparameter modifiziert werden müs­ sen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern derart, daß es das flexible und möglichst formunabhängige Herstellen von Metallschäumen gestattet. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur flexiblen und möglichst formunabhängigen Herstellung von Metall­ schäumen anzugeben, wobei die Vorrichtung sich zur Durchführung des vorgenannnten Verfahrens eignen soll, ohne auf dieses beschränkt zu sein.

Hinsichtlich eines Verfahrens zum Schäumen von Metallen wird diese Aufgabe erfin­ dungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkma­ len gelöst.

Hinsichtlich einer Vorrichtung zum Schäumen von Metallen mit Hilfe einer Heizeinrich­ tung wird die obengenannte Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 26 angegebenen Merkmalen gelöst.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Wärmeeintrag auf das zu schäumende Aus­ gangsmaterial zu konzentrieren, ohne daß ein das Ausgangsmaterial umgebender Hohl­ körper signifikant erwärmt wird. Eine Beschädigung des Hohlkörpers wird auf diese Wei­ se vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrich­ tung gestatten also die Kombination verschiedenster Werkstoffe, ohne durch deren thermische Eigenschaften eingeschränkt zu sein. Ein weiterer Vorteil des erfindungsge­ mäßen Verfahrens besteht darin, daß der bislang erforderliche Schritt des Abschreckens des Metallschaums entfällt. Durch die räumlich begrenzte Energiezufuhr wird ein nur sehr kleiner Bereich des Ausgangsmaterials erhitzt und aufgeschäumt, der ohne Ab­ schrecken ausreichend schnell kühlt, um eine gleichmäßige Erstarrung des aufge­ schäumten Ausgangsmaterials zu gewährleisten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die räumlich begrenzte Energiezufuhr durch Bestrahlen des Ausgangsmaterials mit ei­ nem Teilchenstrahl. Die Teilchen können Photonen bzw. Elektronen eines Laserstrahls bzw. eines Elektronenstrahls sein. Da ein solcher Teilchenstrahl auf einen Durchmesser von wenigen µm fokussierbar ist, kann der Wärmeeintrag in das Ausgangsmaterial räumlich stark begrenzt erfolgen. Durch entsprechendes Fokussieren kann der Strahl­ durchmesser verändert und dem zu bestrahlenden Bereich des Ausgangsmaterials an­ gepaßt werden. Dadurch kann auch die Energiedichte, mit der das Ausgangsmaterial erhitzt wird, gesteuert werden. Darüber hinaus kann der Teilchenstrahl scannend über das Ausgangsmaterial geführt werden. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, un­ abhängig von der Form des herzustellenden Werkstückes, das Ausgangsmaterial schnell und effizient zu erhitzen und aufzuschäumen. Das Aushärten des Metallschaums erfolgt lokal. Vorteilhafterweise kann somit das Abschrecken des gesamten Werkstücks vermieden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegt das Aus­ gangsmaterial entweder granulatförmig oder in Tablettenform vor und wird entweder schichtweise angeordnet oder kontinuierlich zugeführt. Unter tablettenförmigem Aus­ gangsmaterial sind z. B. gepreßte Kügelchen zu verstehen.

Wird das Ausgangsmaterial schichtweise angeordnet, kann das Ausgangsmaterials mit dem Teilchenstrahl ebenfalls schichtweise erhitzt und aufgeschäumt werden. Ferner kann nach dem Abkühlen der aufgeschäumten Schicht eine weitere Schicht des Aus­ gangsmaterials auf die aufgeschäumte Schicht aufgebracht und mit dem Teilchenstrahl erhitzt und aufgeschäumt werden. Dieses schichtweise Aufbringen und Aufschäumen kann wiederholt werden, bis das gewünschte Werkstück hergestellt ist. Mit dieser bevor­ zugten Ausführungsform können entweder Hohlkörper ausgeschäumt oder ein frei lie­ gender Schaumkörper hergestellt werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß insbesondere großdimensionierte Werkstücke homogen hergestellt werden können. Durch den schichtweisen Auftrag des Metallschaums werden beim Bestrahlen des Ausgangsmaterial an jeder Stelle gleiche Temperaturverhältnisse geschaffen, was wiederum im aufgeschäumten Körper zu Poren gleicher Größe führt. Damit sind die Schäumparameter von der Endform unabhängig. Vorteilhafterweise entspricht die Dicke einer Schicht aus granulatförmigem Ausgangsmaterial im wesentlichen dessen Korn­ größe. Die Korngröße kann im Größenbereich des Durchmessers des Teilchenstrahles liegen, was vorteilhafterweise zu einer gleichmäßigen Erwärmung jedes einzelnen Kor­ nes führt. Das Ausgangsmaterial kann durch Kompaktieren einer Mischung aus einer pulverförmigen Legierung und dem Treibmittel gebildet werden. Das Kompaktieren er­ folgt vorteilhafterweise durch Strangpressen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das granulatförmige Ausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt. Vorteilhafterweise kann das Ausgangsmaterial während des kontinuierlichen Zuführens mit Hilfe des Teil­ chenstrahles erhitzt und aufgeschäumt werden. Mit Hilfe dieser bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist ein noch flexibleres Ausschäumen von Hohlkörpern mit komplexen Geo­ metrien möglich. Darüber hinaus lassen sich mit Hilfe dieser Ausführungsform beliebige Freiformen, also Werkstücke, die nicht durch Ausschäumen eines Formraumes herge­ stellt werden, schaffen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Ausgangsmaterial entweder vor dem Auftreffen auf eine Oberfläche oder nach dem Auftreffen auf eine Oberfläche aufgeschäumt werden. Dadurch kann das Aufschäumen des Ausgangsma­ terials den jeweiligen Herstellungsbedingungen angepaßt werden. Vorteilhafterweise wird das granulatförmige Ausgangsmaterial mittels einer schlauchartigen Einrichtung zugeführt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt das Ausgangsmaterial als Preßling vor. Der Preßling kann mit dem Teilchenstrahl vorteilhafterweise teilweise bestrahlt und aufgeschäumt werden, wodurch ein partielles und differenziertes Ausschäumen von Hohlkörpern möglich wird.

Vorteilhafterweise wird die Energie des Teilchenstrahls in Abhängigkeit von der Tempe­ ratur des Metallschaumes geregelt, wodurch dessen Eigenschaften, insbesondere die Porenbildung, beeinflußt werden können.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Einrichtung zur Erzeugung eines Teilchenstrahls eine erste Steuerungseinrichtung zur Führung des Teilchenstrahls auf. Dadurch ist es möglich, Werkstücke mit komplexen Geometrien zu schäumen oder auszuschäumen. Die Kopplung der ersten Steuerungs­ einrichtung mit wenigstens einem Temperatursensor, der die Temperatur des Metall­ schaumes erfaßt, ermöglicht die Regelung der Energie des Teilchenstrahls in Abhängig­ keit von der Temperatur des Metallschaums. In einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist eine Aufnahmeeinrichtung für ein aufzuschäumendes, metallisches Aus­ gangsmaterial vorgesehen, das ein Treibmittel enthält. Diese Aufnahmeeinrichtung kann ein Substrat, ein Formwerkzeug oder ein Hohlkörper sein. Vorteilhafterweise weist diese Aufnahmeeinrichtung gegebenenfalls eine Durchlaßöffnung für den Teilchenstrahl auf. In einer Weiterbildung ist diese Aufnahmeeinrichtung positionierbar. Die Einrichtung zur Erzeugung des Teilchenstrahls kann eine Lasereinrichtung oder eine Elektronenstrahl­ einrichtung sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Zuführeinrich­ tung für granulatförmiges Ausgangsmaterial auf. Diese Zuführeinrichtung kann ein Schlauch sein. Vorteilhafterweise ist die Zuführeinrichtung beweglich und mittels einer zweiten Steuerungseinrichtung steuerbar. Die erste und zweite Steuerungseinrichtung können miteinander gekoppelt sein, um eine koordinerte Bewegung des Teilchenstrahls und der Zuführeinrichtung zu erreichen. Damit ist es auf flexible Weise möglich, an aus­ gewählten Stellen Metallschaum zu erzeugen bzw. ausgewählte Stellen eines Hohlkör­ pers auszuschäumen.

Es hat sich schließlich als vorteilhaft herausgestellt, Aluminiumlegierungen für das Aus­ gangsmaterial einzusetzen.

Weitere, bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen in schematischen Darstellungen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Substrat, auf dem eine Schicht des nicht aufgeschäum­ ten Ausgangsmaterials angeordnet ist sowie eine Lasereinrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Substrat, wobei die auf dem Substrat angeordnete Schicht des Ausgangsmaterials teilweise aufgeschäumt ist sowie die Laserein­ richtung in eingeschaltetem Zustand;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Substrat, auf dem eine aufgeschäumte Schicht angeordnet ist, auf der wiederum eine Schicht des Ausgangsmaterials vorgese­ hen ist, sowie die Lasereinrichtung in ausgeschaltetem Zustand;

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Substrat, wobei die zweite Schicht des Ausgangs­ materials teilweise aufgeschäumt ist, sowie eine Lasereinrichtung im einge­ schalteten Zustand und

Fig. 5 eine Anordnung, bei der granulatförmiges Ausgangsmaterial kontinuierlich zuge­ führt und aufgeschäumt wird.

Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform, die einen Laserstrahl für die räumlich begrenzte Energiezufuhr einsetzt, dargestellt wird, kann selbstverständ­ lich jeder andere Teilchenstrahl verwendet werden, der geeignet ist, einen metallischen Körper aufzuheizen. Ein solcher Teilchenstrahl könnte z. B. ein Elektronenstrahl sein. Der in der beschriebenen Ausführungsform verwendete Laserstrahl kann z. B. mit Hilfe eines Festkörperlasers, insbesondere eines Neodym-Lasers, oder mit Hilfe eines Gasla­ sers, insbesondere mit einem CO₂-Laser, erzeugt werden. Andere Lasertypen, die eine ausreichende Leistung besitzen, können selbstverständlich ebenfalls eingesetzt werden.

Ferner wird die Erfindung in den nachfolgenden Ausführungsformen beispielhaft am Aufschäumen von Schichten auf einem Substrat gezeigt. Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Weise eingesetzt werden kann, insbe­ sondere um Formräume auszuschäumen.

In dem Ausführungsbeispiel ist eine Laserstrahleinrichtung mit 4 bezeichnet. Diese La­ sereinrichtung 4 kann einen Laserstrahl 3 emittieren.

Das in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Ausführungsbeispiel des Verfahrens gestattet ein schichtweises Aufschäumen. Die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform des Verfahrens gestattet das kontinuierliche Aufschäumen.

Wie in der Fig. 1 zu sehen, kann eine Aufnahmeeinrichtung 5, in diesem Fall ein Substrat, vorgesehen werden, auf dem eine Schicht a aus dem aufzuschäumenden Ausgangsmaterial 1 angeordnet wird. Zur Herstellung des Ausgangsmaterials 1 werden eine pulverförmige Legierung und ein Treibmittel gemischt. Diese Mischung wird vor­ zugsweise durch Strangpressen kompaktiert und zu dem Ausgangsmaterial 1 verarbei­ tet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangsmaterial 1 granulatför­ mig. Die Verarbeitung zu Tabletten ist ebenfalls denkbar. Grundsätzlich ist jede Ausprä­ gung des Ausgangsmaterials 1, die sich schichtweise auf das Substrat 5 aufbringen läßt, geeignet.

Anstelle des Substrates kann als Aufnahmeeinrichtung 5 auch ein Formwerkzeug oder ein Hohlkörper verwendet werden.

Fig. 2 zeigt, wie mit Hilfe des von der Lasereinrichtung 4 emittierten Laserstrahls 3 das granulatförmige Ausgangsmaterial 1 durch eine räumlich begrenzte Energiezufuhr er­ hitzt, auf eine Schäumtemperatur gebracht und zu Metallschaum 2 aufgeschäumt wird. Durch den räumlich begrenzten Wärmeeintrag wird vermieden, daß das Substrat oder jede andere Aufnahmeeinrichtung 5, die mit dem Metallschaum 2 in Berührung kommt, erwärmt wird. Um das Ausgangsmaterial 1 flächig aufzuschäumen, kann der Laserstrahl 3 scannend über den aufzuschäumenden Bereich geführt werden. Eine andere Möglich­ keit besteht darin, den Durchmesser des Laserstrahls 3 dem auszuschäumenden Be­ reich des Ausgangsmaterials 1 anzupassen. Eine Kombination dieser beiden Verfah­ rensweisen ist selbstverständlich auch möglich. In der Fig. 2 ist gut zu erkennen, daß es mit Hilfe des stark fokussierbaren Laserstrahls 3 möglich ist, das granulatförmige Aus­ gangsmaterial 1 Korn für Korn zu erwärmen und aufzuschäumen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß in jedem Korn dieselben Temperaturverhältnisse herrschen, was ein homogenes Aufschäumen ermöglicht.

In den Fig. 1 bis 5 ist der Metallschaum 2 zur Vereinfachung granulatförmig darge­ stellt. Tatsächlich bildet aber der Metallschaum 2 einen einheitlichen, homogenen Kör­ per.

Nachdem das in Fig. 2 gezeigte Aufschäumen beendet ist und das Substrat mit einer Schicht aus Metallschaum 2 bedeckt ist, wird diese Schicht aus Metallschaum 2 abge­ kühlt. Ein zusätzliches Abschrecken, um das Einfallen der Poren zu verhindern, ist nicht nötig.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen, wird auf die aufgeschäumte Schicht eine weitere Schicht b aus Ausgangsmaterial 1 aufgebracht.

Diese weitere Schicht b des Ausgangsmaterials 1 wird, wie in Fig. 4 gezeigt, analog zu dem in Fig. 2 gezeigten Verfahrensschritt erhitzt und aufgeschäumt. Dieses schichtwei­ se Anordnen von Ausgangsmaterial 1 und Aufschäumen des Ausgangsmaterials 1 zu Metallschaum 2 wird solange wiederholt, bis der gewünschte Schaumkörper hergestellt oder ein entsprechender Formraum ausgeschäumt ist. Durch das schichtweise Auf­ schäumen wird erreicht, daß an jeder Stelle des Schaumkörpers dieselben Temperatur­ verhältnisse, sowohl beim Aufschäumen als auch beim Abkühlen, herrschen, weshalb im gesamten Schaumkörper Poren gleicher Größe gebildet werden. Darüber hinaus wird durch das Aufschäumen nur jeweils eines kleinen Bereichs, der unmittelbar nach dem Aufschäumen aushärtet, verhindert, daß im Gegensatz zum Stand der Technik flüssiges oder zähflüssiges Material vor dem Aushärten unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinkt und dadurch die Porengröße im unteren Bereich des Schaumkörpers verrin­ gert.

Ferner ermöglicht das schichtweise Aufschäumen durch Ändern der Energiedichte des Laserstrahls eine lokale Beeinflussung der Eigenschaften des Metallschaums während des Aufschäumens.

In der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar­ gestellt, bei der das Ausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt wird.

In der Fig. 5 ist zu sehen, daß granulatförmiges Ausgangsmaterial 1 über eine Zufüh­ reinrichtung 6 kontinuierlich der Oberfläche der Aufnahmeeinrichtung 5, die in diesem Fall wieder ein Substrat ist, zugeführt wird. Das Ausgangsmaterial 1 wird während des kontinuierlichen Zuführens mit dem Laserstrahl 3 erhitzt und aufgeschäumt. Dazu wird der Brennpunkt des Laserstrahls 3 in der Nähe der Austrittsöffnung 7 angeordnet und fokussiert, so daß die aus der Austrittsöffnung 7 austretenden Körner aus dem Aus­ gangsmaterial 1 vom Laserstrahl 3 bestrahlt und erhitzt werden. Dabei kann das granu­ latförmige Ausgangsmaterial 1 entweder vor dem Auftreffen auf die Oberfläche des Substrates oder nach dem Auftreffen auf die Oberfläche des Substrates aufgeschäumt werden.

Nicht in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem das Ausgangsmaterial 1 als ein Preßling vorliegt. Dieser Preßling kann von dem Laser­ strahl 3 nur teilweise bestrahlt und aufgeschäumt werden, so daß z. B. ein Formraum gezielt an bestimmten Stellen teilweise ausgeschäumt werden kann.

Für die Vorrichtung zum Schäumen von Metallen wird als Heizeinrichtung allgemein eine Einrichtung verwendet, mit deren Hilfe ein Teilchenstrahl erzeugt werden kann. Eine solche Einrichtung ist z. B. eine Lasereinrichtung 4, wobei in diesem Fall die Teilchen Photonen sind. Alternativ kann auch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Elektronen­ strahles eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß mit Hilfe der Heizeinrichtung dem Aus­ gangsmaterial 1 räumlich begrenzt Energie zugeführt werden kann.

Nicht in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist eine erste Steuerungseinrichtung, mit deren Hilfe der Laserstrahl 3 geführt wird. Diese erste Steuerungseinrichtung umfaßt üblicherweise eine Anordnung mehrer Spiegel, die den Laserstrahl ablenken. Darüber hinaus kann mit Hilfe dieser Lasersteuerungseinrichtung der Laserstrahl 3 ein- und ausgeschaltet wer­ den. Wird diese erste Steuerungseinrichtung mit wenigstens einem Temperatursensor gekoppelt, der die Temperatur des Metallschaumes erfaßt, so läßt sich in Abhängigkeit von der Temperatur die Verweildauer sowie die Energiedichte des Laserstrahles steu­ ern, wodurch auf den Aufschäumvorgang gezielt Einfluß genommen werden kann.

Bei den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen wird als Aufnahmeeinrich­ tung 5 ein Substrat verwendet. Andere Aufnahmeeinrichtungen 5, wie z. B. ein Form­ werkzeug oder ein Hohlkörper, können ebenfalls verwendet werden. Soll im Fall eines Formwerkzeuges oder eines Hohlkörpers ein Formraum ausgeschäumt werden, so wird eine Durchlaßöffnung in der Wandung des Formraumes vorgesehen, durch die der La­ serstrahl ins Innere des Formraumes eintreten kann. Diese Öffnung kann möglicherwei­ se durch eine Scheibe aus einem geeigneten Glas verschlossen sein. Darüber hinaus kann die Aufnahmeeinrichtung 5 auf einem verstellbaren Tisch positionierbar angeord­ net sein.

Die in der Fig. 5 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Schäumen von Metallen weist ferner eine Zuführeinrichtung 6 für granulatförmiges Ausgangsmate­ rial 1 auf. Die gezeigte Zuführeinrichtung 6 ist hier als ein Schlauch ausgebildet. Mit Hilfe dieses Schlauches werden aus einem Vorratsbehälter 8 die einzelnen Körner des granu­ latförmiges Ausgangsmaterials der Oberfläche des Substrates zugeführt und treten aus der Öffnung 7 einzeln aus. Der Brennpunkt des Laserstrahles 3 ist in der Nähe der Aus­ trittsöffnung 7 positioniert. Dadurch werden die Körner des granulatförmigen Ausgangs­ materials unmittelbar nach Austritt aus der Öffnung 7 von dem Laserstrahl 3 bestrahlt, erhitzt und aufgeschäumt. Auf diese Weise ist ein kontinuierliches Herstellen von Metall­ schaum 2 möglich. Um die Flexibilität der Vorrichtung zu erhöhen, kann die Zuführein­ richtung beweglich angeordnet und mittels einer zweiten Steuerungseinrichtung gesteu­ ert werden. Werden die erste und die zweite Steuerungseinrichtung miteinander gekop­ pelt, so ist es möglich, den Laserstrahl und die Zuführeinrichtung koordiniert zu bewe­ gen, wodurch erreicht wird, daß der Brennpunkt des Laserstrahls und die Austrittsöff­ nung 7 der Zuführeinrichtung 6 in festem Abstand zueinander relativ zur Aufnahmeein­ richtung 5 bewegt werden.

Alternativ ist es möglich, die Zuführeinrichtung 6 und den Laserstrahl 3 fest anzuordnen und die Aufnahmeeinrichtung mit Hilfe einer dritten Steuerungseinrichtung zu verfahren.

Neben Aluminium und Aluminiumlegierungen können alle anderen Metalle bzw. Legie­ rungen verwendet werden, die mit einem geeigneten Treibmittel unter den entsprechen­ den thermophysikalischen Randbedingungen aufgeschäumt werden können.

Claims (39)

1. Verfahren zum Schäumen von Metallen, wobei ein metallisches Ausgangsmaterial (1), das ein Treibmittel enthält, durch eine räumlich begrenzte Energiezufuhr erhitzt, auf eine Schäumtemperatur gebracht und zumindest teilweise zu Metallschaum (2) aufgeschäumt wird.

2. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energie durch Bestrahlen des Ausgangsmaterials (1) mit einem Teil­ chenstrahl (3) zugeführt wird.

3. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Teilchenstrahl (3) ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl ist.

4. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Teilchenstrahl (3) das Ausgangsmaterial (1) scannend bestrahlt.

5. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser des Teilchenstrahls (3) einem zu bestrahlenden Bereich des Ausgangsmaterials (1) angepaßt wird.

6. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum (2) lokal aushär­ tet.

7. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (1) durch Kompaktieren einer Mischung aus einer pulverförmigen Legierung und dem Treib­ mittel gebildet wird.

8. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kompaktieren durch Strangpressen erfolgt.

9. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (1) granulat­ förmig vorliegt.

10. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (1) in Ta­ blettenform vorliegt.

11. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (1) schichtweise an­ geordnet wird.

12. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dicke einer Schicht aus granulatförmigem Ausgangsmaterial (1) im we­ sentlichen dessen Korngröße entspricht.

13. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Korngröße im Größenbereich des Teilchenstrahldurchmessers liegt.

14. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (a) des Ausgangsmaterials (1) mit dem Teilchenstrahl (3) erhitzt und aufgeschäumt wird.

15. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Abkühlen der aufgeschäumten Schicht;
• - Aufbringen einer weiteren Schicht (b) des Ausgangsmaterials (1) auf die aufge­ schäumte Schicht;
• - Erhitzen und Aufschäumen dieser weiteren Schicht (b) mit dem Teilchenstrahl (3) und
• - Wiederholen dieser Schritte.

16. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das granulatförmige Ausgangsmaterial (1) kontinuierlich zugeführt wird.

17. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangsmaterial (1) während des kontinuierlichen Zuführens mit dem Teilchenstrahl (3) erhitzt und aufgeschäumt wird.

18. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangsmaterial (1) vor dem Auftreffen auf eine Oberfläche aufge­ schäumt wird.

19. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangsmaterial (1) nach dem Auftreffen auf eine Oberfläche aufge­ schäumt wird.

20. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführen des granulatförmigen Aus­ gangsmaterials (1) mittels einer schlauchartigen Einrichtung erfolgt.

21. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial (1) als Preßling vor­ liegt.

22. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß der Preßling mit dem Teilchenstrahl (3) nur teilweise bestrahlt und aufge­ schäumt wird.

23. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formraum ausgeschäumt wird.

24. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freiform geschäumt wird.

25. Verfahren zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Teilchenstrahls (3) in Abhängigkeit von der Temperatur des Metallschaumes (2) geregelt wird.

26. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen, gekennzeichnet durch eine Aufnahme­ einrichtung (5) für ein zumindest partiell schäumbares, metallisches Ausgangsmate­ rial (1) sowie eine Energieeintrageinrichtung (4) zur partiellen Energiebeaufschla­ gung des Materials (1).

27. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Energieeintrageinrichtung (4) eine Einrichtung zur Erzeugung ei­ nes Teilchenstrahls, insbesondere eine Lasereinrichtung oder eine Elektronenstrahl­ einrichtung, ist. '

28. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Teilchenstrahls (4) eine erste Steuerungseinrichtung zur Führung des Teilchenstrahls (3) aufweist.

29. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach Anspruch 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Steuerungseinrichtung mit wenigstens einem Temperatur­ sensor gekoppelt ist, der die Temperatur des Metallschaumes (2) erfaßt.

30. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Ausgangsmaterial (1) ein Treibmittel enthält.

31. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufnahmeeinrichtung (5) ein Substrat, ein Formwerkzeug oder ein Hohlkörper ist.

32. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufnahmeeinrichtung (5) eine Durch­ laßöffnung für einen Teilchenstrahl (3) aufweist.

33. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufnahmeeinrichtung (5) positionier­ bar ist.

34. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 33, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (6) für granulatförmiges Aus­ gangsmaterial (1).

35. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (6) ein Schlauch ist.

36. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (6) beweglich und mittels einer zweiten Steuerungseinrichtung steuerbar ist.

37. Vorrichtung zum Schäumen von Metallen nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß für eine koordinierte Bewegung des Teil­ chenstrahls (3) und der Zuführeinrichtung (6) die erste und zweite Steuerungsein­ richtung miteinander gekoppelt sind.

38. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 26 bis 37, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung mittels einer dritten Steuerungseinrichtung steuerbar ist.

39. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuschäumende Metall ein aufschäumbares Metall oder eine aufschäumbare Legierung, insbesondere Aluminium, Aluminiumlegierun­ gen oder dergleichen, ist.