由在金属层之间带有泡沫芯的夹层结构成形的三维结构构件制造技术

一种三维成形的结构构件(100)，其包括：第一覆盖层(102)，由金属材料制成；第二覆盖层(104)，由至少部分金属材料制成；核心层(106)，由泡沫材料制成，并被设置在第一覆盖层(102)和第二覆盖层之间(104)。

Three dimensional structural member formed by sandwich structure with foam core between metal layers

A three-dimensional structural member (100), comprising: a first layer (102), made of metal materials; the second layer (104), at least in part made of metal material; the core layer (106), made of foam material, and is disposed on the first layer (102) and second cover (104).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三维成形的结构构件。此外，本专利技术涉及一种用于生产三维成形的结构构件的设备。此外，本专利技术涉及一种生产三维成形的结构构件的方法。
技术介绍
汽车结构使用钢，例如用于车身和其它三维成形的结构构件，因为它具有优良的机械性能。然而，钢相对较重。可用于替代钢的替代品为铝，铝更轻便，但更贵。已进一步提出使用合成材料例如金属-塑料-金属夹层结构。然而，这种传统的夹层结构也相对较重。DE10257396公开了包括0.05-2mm的金属、具有60-350MPa在-20到80℃和/或至少1.7MPa在160到220℃的DINENISO6721储能模量的0.1-2mm聚亚安酯聚合产品以及0.05-2mm的金属的合成元件。DE10257396进一步公开了通过在压力机中形成这些层用于汽车、重型货车或飞机的本体部件的生产。DE10340541公开了具有下列分层结构的合成组件：(i)0.05mm-2mm之间的金属；(ii)0.1mm-2mm之间的聚亚安酯聚合产品，其呈现在一个支撑体中；(iii)0.05mm-2mm之间的金属。然而，提供一种强韧、重量轻和以期望形状自由成形的三维成形的结构构件仍是困难的。本专利技术的目标是提供一种强韧、重量轻和以期望形状自由成形的三维成形的结构构件。
技术实现思路
为了实现上述目标，提供一种三维成形的结构构件、用于生产三维成形的结构构件的设备和根据独立权利要求生产三维成形的结构构件的方法。根据本专利技术的示例性实施例，提供一种三维成形的(特别是三维曲面，即，非平面)的结构构件，其包括由金属材料(可由一种或多种金属制成)制成的第一覆盖层、由金属材料(可由一种或多种金属制成)制成第二覆盖层和部分地或者全部地由泡沫材料(特别是固态泡沫材料)制成并被设置在第一覆盖层和第二覆盖层之间的核心层。根据本专利技术的另一个示例性实施例，提供一种用于生产三维成形的(成型的)结构构件的设备，其中，所述设备包括：第一层供应单元，其被配置为用于供应由金属材料制成的第一覆盖层；第二层供应单元，其被配置为用于供应由金属材料制成的第二覆盖层；泡沫供应单元，其被配置为在第一覆盖层和第二覆盖层之间供应材料(如泡沫材料或者泡沫前体材料(foamprecursormaterial))，其形成核心层，核心层由部分地或者全部地泡沫材料制成并且在第一覆盖层和第二覆盖层之间被连接(直接的，即物理连接，或间接的，即通过至少一个中间结构，如粘合层)以形成粘着的(例如完整的)层序列而配置；成形单元(特别是成型单元或塑性变形单元)，其被配置为用于三维成形(特别是成型或塑性变形)结果(特别是平面的)层序列(即通过将核心层在覆盖层中间插入并且直接或间接的将核心层和覆盖层连接而获得层序列)，从而成形结构构件(相对于平面层序列被转化或被重塑)而配置。根据本专利技术的又一个示例性实施例，提供一种生产三维成形的结构构件的方法，其中，所述方法包括提供由金属材料制成的第一覆盖层、提供由金属材料制成的第二覆盖层、在第一覆盖层和第二覆盖层之间设置部分地或者全部地由泡沫材料制成的核心层从而形成粘着的(或连续的)层序列和三维成形结果(特别是先前平面的)层序列(其中所有层可以彼此平行设置)，从而成形结构构件。在本申请的上下文中，术语“三维成形的结构构件”(相对于平面结构)可以特别表示在所有三维空间维度上被弯曲和/或在所有三维空间维度上具有结构特征的构件，从而形成实质上非平面空间的几何结构。这些结构构件被实现为由多种结合层或板组成的夹层组件。在这种三维成形的结构构件中，至少三层或板中的至少一部分可能具有共同的曲率，即，这些板仍可分段地彼此平行地延伸。更特别的是，这种三维成形的结构构件可沿其整个延伸具有恒定厚度，其中技术上不可避免的偏差当然是可能的。在此申请的上下文中，术语“覆盖层”可以特别的表示覆盖核心层以遮蔽相对于环境遮蔽后者的层或板，但不必形成表面层。在此申请的上下文中，术语“覆盖层”可以特别的表示在形成三维成型结构的结构构件的层序列中具有中心位置的嵌入层。因此，核心层将不是表面层(除了在层堆处核心层可延伸至表面的该层堆的侧边)但是将总是在其主表面上均被覆盖层的各自的一个覆盖。本领域技术人员将理解其在核心层和覆盖层之间存在一层或者多层附加层的一个实施例中不被排除。然而，在其它实施例中，核心层可直接地接触覆盖层而在其间没有任何附加层。在此申请的上下文中，术语“刚性”可以特别地表示各自的金属层可能是全固体，其能够承受机械力或负荷而不损失其结构形状。这种刚性可以通过成形由刚性材料的金属制成的覆盖层来实现。在此申请的上下文中，术语“泡沫”可以特别地表示通过捕获在固体基质中的气囊而成形的物质。因此，泡沫层可能是固态的层，然而其中具有气体包含物。泡沫层从固定泡沫优先形成的该固定泡沫分割到闭孔泡沫与开孔泡沫中。在闭孔泡沫中，气体形成离散囊，每个离散囊被固体材料完全包围。在开孔泡沫中，气体囊彼此相连。泡沫层实现了三维成形的结构构件的重量轻的特性，同时还可关于机械稳定性做出贡献。固体泡沫可具有气体包含物，其可占整个核心层体积总量的至少30％，特别地至少70％，更特别地至少85％。根据示例性实施例，夹层堆被设置为由两个机械性稳健的金属覆盖层和它们中间的重量轻的固体泡沫材料(如塑料硬泡沫)成形。这种夹层序列机械性稳定且重量轻，并且制造成本低廉。此外，至关重要的是，夹层序列已证明是通过塑性变形适当的重成形或重成型，甚至不需要加热，这归功于金属覆盖层的材料特性。因此，使这种平面夹层序列重成形为任何期望的空间构造的结构构件几乎不存在任何限制。三维成形的结构构件、用于生产三维成形的结构构件的设备和生产三维成形的结构构件的方法的进一步的示例性实施例将在下文中解释。在实施例中，尤其有利的是当结构构件形成为在至少180℃的温度下耐热。这种材料选择允许结构构件抵挡特别是涂漆过程，其在现代应用中，经常在大约180℃的温度下被执行。此外，结构构件抵抗180℃温度的能力在当结构构件被配置成为机电组件时也是非常有利的，因为现代机电组件在越来越高的功率级下运行，在此功率级下可能消散大量的热量。而且，这种机电组件可被放置得靠近也产生热量的其它电子组件旁。因此，选择达到至少180℃耐热的结构构件的材料是有利的。在实施例中，一个或者两个金属覆盖层由合金制成，特别是足够软的合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维成形的结构构件(100)，其包括：第一覆盖层(102)，其由金属材料制成；第二覆盖层(104)，其由金属材料制成；核心层(106)，其由泡沫材料制成并且被布置在第一覆盖层(102)和第二覆盖层(104)之间；其中，结构构件(100)在180℃的温度下耐热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.23 GB 1309323.21.一种三维成形的结构构件(100)，其包括：
第一覆盖层(102)，其由金属材料制成；
第二覆盖层(104)，其由金属材料制成；
核心层(106)，其由泡沫材料制成并且被布置在第一覆盖层(102)
和第二覆盖层(104)之间；
其中，结构构件(100)在180℃的温度下耐热。
2.根据权利要求1所述的结构构件(100)，其中核心层(106)由泡
沫材料唯一地组成。
3.根据权利要求1或2所述的结构构件(100)，其中第一覆盖层(102)
和第二覆盖层(104)中的至少一个由铝或钢制成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的结构构件(100)，其中核心层
(106)由塑料泡沫制成。
5.根据权利要求4所述的结构构件(100)，其中塑料泡沫包括聚苯
乙烯或聚苯乙烯共混物。
6.根据权利要求4所述的结构构件(100)，其中塑料泡沫为热塑性
聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫。
7.根据权利要求4所述的结构构件(100)，其中塑料泡沫为聚甲基
丙烯酰亚胺泡沫。
8.根据权利要求4所述的结构构件(100)，其中塑料泡沫为聚亚安
酯基泡沫，特别是聚氨酯。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的结构构件(100)，其中核心层
(106)的密度在35kg/m3到750kg/m3之间的范围内，特别是在75kg/m3到200kg/m3之间的范围内。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的结构构件(100)，其包括将泡
沫材料粘附到第一覆盖层(102)和/或将泡沫材料粘附到第二覆盖层(104)
的粘附材料(108、110)。
11.根据权利要求10所述的结构构件(100)，其中粘附材料(108、
110)为热熔粘合剂。
12.根据权利要求10或11所述的结构构件(100)，其中粘附材料
(108、110)包括在第一覆盖层(102)和核心层(106)之间的第一粘
附层(108)和/或包括在第二覆盖层(104)和核心层(106)之间的第二
粘附层(110)。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的结构构件(100)，其中粘附
材料(108、110)的熔点高于80℃，特别是高于100℃。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的结构构件(100)，其中结构
构件(100)的厚度在0.2mm到10mm之间的范围内，特别是在0.5mm
到8mm之间的范围内，更特别是在1mm到6mm之间的范围内。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的结构构件(100)，其中第一
覆盖层(102)和第二覆盖层(104)中的至少一个的厚度在0.01mm到
1.5mm之间的范围内，特别是在0.08mm到0.8mm之间的范围内。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的结构构件(100)，其包括涂
漆层(112)，特别是成形表面层，位于第一覆盖层(102)和第二覆盖层
(104)中的至少一个的顶部上。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的结构构件(100)，其中第一
覆盖层(102)和第二覆盖层(104)中的至少一个为表面层。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的结构构件(100)，其中第一
覆盖层(102)和第二覆盖层(104)中的至少一个为刚性层。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的结构构件(100)，被配置为
由汽车结构构件、飞机结构构件、轨道车辆结构构件和船结构构件组成
的组中的一个。
20.一种用于生产三维成形的结构构件(100)的设备(200、300)，
所述设备(200、300)包括：
第一层供应单元(202)，其被配置为供应由金属材料制成...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·皮希勒，赖因哈·德哈夫讷，
申请(专利权)人：四A工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT