由在金屬層之間帶有泡沫芯的夾層結構成形的三維結構構件制造技術

一種三維成形的結構構件(100)，其包括：第一覆蓋層(102)，由金屬材料制成；第二覆蓋層(104)，由至少部分金屬材料制成；核心層(106)，由泡沫材料制成，并被設置在第一覆蓋層(102)和第二覆蓋層之間(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).

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種三維成形的結構構件。此外，本專利技術涉及一種用于生產三維成形的結構構件的設備。此外，本專利技術涉及一種生產三維成形的結構構件的方法。
技術介紹
汽車結構使用鋼，例如用于車身和其它三維成形的結構構件，因為它具有優良的機械性能。然而，鋼相對較重?？捎糜谔娲摰奶娲窞殇X，鋁更輕便，但更貴。已進一步提出使用合成材料例如金屬-塑料-金屬夾層結構。然而，這種傳統的夾層結構也相對較重。DE10257396公開了包括0.05-2mm的金屬、具有60-350MPa在-20到80℃和/或至少1.7MPa在160到220℃的DINENISO6721儲能模量的0.1-2mm聚亞安酯聚合產品以及0.05-2mm的金屬的合成元件。DE10257396進一步公開了通過在壓力機中形成這些層用于汽車、重型貨車或飛機的本體部件的生產。DE10340541公開了具有下列分層結構的合成組件：(i)0.05mm-2mm之間的金屬；(ii)0.1mm-2mm之間的聚亞安酯聚合產品，其呈現在一個支撐體中；(iii)0.05mm-2mm之間的金屬。然而，提供一種強韌、重量輕和以期望形狀自由成形的三維成形的結構構件仍是困難的。本專利技術的目標是提供一種強韌、重量輕和以期望形狀自由成形的三維成形的結構構件。
技術實現思路
為了實現上述目標，提供一種三維成形的結構構件、用于生產三維成形的結構構件的設備和根據獨立權利要求生產三維成形的結構構件的方法。根據本專利技術的示例性實施例，提供一種三維成形的(特別是三維曲面，即，非平面)的結構構件，其包括由金屬材料(可由一種或多種金屬制成)制成的第一覆蓋層、由金屬材料(可由一種或多種金屬制成)制成第二覆蓋層和部分地或者全部地由泡沫材料(特別是固態泡沫材料)制成并被設置在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間的核心層。根據本專利技術的另一個示例性實施例，提供一種用于生產三維成形的(成型的)結構構件的設備，其中，所述設備包括：第一層供應單元，其被配置為用于供應由金屬材料制成的第一覆蓋層；第二層供應單元，其被配置為用于供應由金屬材料制成的第二覆蓋層；泡沫供應單元，其被配置為在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間供應材料(如泡沫材料或者泡沫前體材料(foamprecursormaterial))，其形成核心層，核心層由部分地或者全部地泡沫材料制成并且在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間被連接(直接的，即物理連接，或間接的，即通過至少一個中間結構，如粘合層)以形成粘著的(例如完整的)層序列而配置；成形單元(特別是成型單元或塑性變形單元)，其被配置為用于三維成形(特別是成型或塑性變形)結果(特別是平面的)層序列(即通過將核心層在覆蓋層中間插入并且直接或間接的將核心層和覆蓋層連接而獲得層序列)，從而成形結構構件(相對于平面層序列被轉化或被重塑)而配置。根據本專利技術的又一個示例性實施例，提供一種生產三維成形的結構構件的方法，其中，所述方法包括提供由金屬材料制成的第一覆蓋層、提供由金屬材料制成的第二覆蓋層、在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間設置部分地或者全部地由泡沫材料制成的核心層從而形成粘著的(或連續的)層序列和三維成形結果(特別是先前平面的)層序列(其中所有層可以彼此平行設置)，從而成形結構構件。在本申請的上下文中，術語“三維成形的結構構件”(相對于平面結構)可以特別表示在所有三維空間維度上被彎曲和/或在所有三維空間維度上具有結構特征的構件，從而形成實質上非平面空間的幾何結構。這些結構構件被實現為由多種結合層或板組成的夾層組件。在這種三維成形的結構構件中，至少三層或板中的至少一部分可能具有共同的曲率，即，這些板仍可分段地彼此平行地延伸。更特別的是，這種三維成形的結構構件可沿其整個延伸具有恒定厚度，其中技術上不可避免的偏差當然是可能的。在此申請的上下文中，術語“覆蓋層”可以特別的表示覆蓋核心層以遮蔽相對于環境遮蔽后者的層或板，但不必形成表面層。在此申請的上下文中，術語“覆蓋層”可以特別的表示在形成三維成型結構的結構構件的層序列中具有中心位置的嵌入層。因此，核心層將不是表面層(除了在層堆處核心層可延伸至表面的該層堆的側邊)但是將總是在其主表面上均被覆蓋層的各自的一個覆蓋。本領域技術人員將理解其在核心層和覆蓋層之間存在一層或者多層附加層的一個實施例中不被排除。然而，在其它實施例中，核心層可直接地接觸覆蓋層而在其間沒有任何附加層。在此申請的上下文中，術語“剛性”可以特別地表示各自的金屬層可能是全固體，其能夠承受機械力或負荷而不損失其結構形狀。這種剛性可以通過成形由剛性材料的金屬制成的覆蓋層來實現。在此申請的上下文中，術語“泡沫”可以特別地表示通過捕獲在固體基質中的氣囊而成形的物質。因此，泡沫層可能是固態的層，然而其中具有氣體包含物。泡沫層從固定泡沫優先形成的該固定泡沫分割到閉孔泡沫與開孔泡沫中。在閉孔泡沫中，氣體形成離散囊，每個離散囊被固體材料完全包圍。在開孔泡沫中，氣體囊彼此相連。泡沫層實現了三維成形的結構構件的重量輕的特性，同時還可關于機械穩定性做出貢獻。固體泡沫可具有氣體包含物，其可占整個核心層體積總量的至少30％，特別地至少70％，更特別地至少85％。根據示例性實施例，夾層堆被設置為由兩個機械性穩健的金屬覆蓋層和它們中間的重量輕的固體泡沫材料(如塑料硬泡沫)成形。這種夾層序列機械性穩定且重量輕，并且制造成本低廉。此外，至關重要的是，夾層序列已證明是通過塑性變形適當的重成形或重成型，甚至不需要加熱，這歸功于金屬覆蓋層的材料特性。因此，使這種平面夾層序列重成形為任何期望的空間構造的結構構件幾乎不存在任何限制。三維成形的結構構件、用于生產三維成形的結構構件的設備和生產三維成形的結構構件的方法的進一步的示例性實施例將在下文中解釋。在實施例中，尤其有利的是當結構構件形成為在至少180℃的溫度下耐熱。這種材料選擇允許結構構件抵擋特別是涂漆過程，其在現代應用中，經常在大約180℃的溫度下被執行。此外，結構構件抵抗180℃溫度的能力在當結構構件被配置成為機電組件時也是非常有利的，因為現代機電組件在越來越高的功率級下運行，在此功率級下可能消散大量的熱量。而且，這種機電組件可被放置得靠近也產生熱量的其它電子組件旁。因此，選擇達到至少180℃耐熱的結構構件的材料是有利的。在實施例中，一個或者兩個金屬覆蓋層由合金制成，特別是足夠軟的合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維成形的結構構件(100)，其包括：第一覆蓋層(102)，其由金屬材料制成；第二覆蓋層(104)，其由金屬材料制成；核心層(106)，其由泡沫材料制成并且被布置在第一覆蓋層(102)和第二覆蓋層(104)之間；其中，結構構件(100)在180℃的溫度下耐熱。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.05.23 GB 1309323.21.一種三維成形的結構構件(100)，其包括：
第一覆蓋層(102)，其由金屬材料制成；
第二覆蓋層(104)，其由金屬材料制成；
核心層(106)，其由泡沫材料制成并且被布置在第一覆蓋層(102)
和第二覆蓋層(104)之間；
其中，結構構件(100)在180℃的溫度下耐熱。
2.根據權利要求1所述的結構構件(100)，其中核心層(106)由泡
沫材料唯一地組成。
3.根據權利要求1或2所述的結構構件(100)，其中第一覆蓋層(102)
和第二覆蓋層(104)中的至少一個由鋁或鋼制成。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的結構構件(100)，其中核心層
(106)由塑料泡沫制成。
5.根據權利要求4所述的結構構件(100)，其中塑料泡沫包括聚苯
乙烯或聚苯乙烯共混物。
6.根據權利要求4所述的結構構件(100)，其中塑料泡沫為熱塑性
聚酯，特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯泡沫。
7.根據權利要求4所述的結構構件(100)，其中塑料泡沫為聚甲基
丙烯酰亞胺泡沫。
8.根據權利要求4所述的結構構件(100)，其中塑料泡沫為聚亞安
酯基泡沫，特別是聚氨酯。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的結構構件(100)，其中核心層
(106)的密度在35kg/m3到750kg/m3之間的范圍內，特別是在75kg/m3到200kg/m3之間的范圍內。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的結構構件(100)，其包括將泡
沫材料粘附到第一覆蓋層(102)和/或將泡沫材料粘附到第二覆蓋層(104)
的粘附材料(108、110)。
11.根據權利要求10所述的結構構件(100)，其中粘附材料(108、
110)為熱熔粘合劑。
12.根據權利要求10或11所述的結構構件(100)，其中粘附材料
(108、110)包括在第一覆蓋層(102)和核心層(106)之間的第一粘
附層(108)和/或包括在第二覆蓋層(104)和核心層(106)之間的第二
粘附層(110)。
13.根據權利要求10-12中任一項所述的結構構件(100)，其中粘附
材料(108、110)的熔點高于80℃，特別是高于100℃。
14.根據權利要求1-13中任一項所述的結構構件(100)，其中結構
構件(100)的厚度在0.2mm到10mm之間的范圍內，特別是在0.5mm
到8mm之間的范圍內，更特別是在1mm到6mm之間的范圍內。
15.根據權利要求1-14中任一項所述的結構構件(100)，其中第一
覆蓋層(102)和第二覆蓋層(104)中的至少一個的厚度在0.01mm到
1.5mm之間的范圍內，特別是在0.08mm到0.8mm之間的范圍內。
16.根據權利要求1-15中任一項所述的結構構件(100)，其包括涂
漆層(112)，特別是成形表面層，位于第一覆蓋層(102)和第二覆蓋層
(104)中的至少一個的頂部上。
17.根據權利要求1-16中任一項所述的結構構件(100)，其中第一
覆蓋層(102)和第二覆蓋層(104)中的至少一個為表面層。
18.根據權利要求1-17中任一項所述的結構構件(100)，其中第一
覆蓋層(102)和第二覆蓋層(104)中的至少一個為剛性層。
19.根據權利要求1-18中任一項所述的結構構件(100)，被配置為
由汽車結構構件、飛機結構構件、軌道車輛結構構件和船結構構件組成
的組中的一個。
20.一種用于生產三維成形的結構構件(100)的設備(200、300)，
所述設備(200、300)包括：
第一層供應單元(202)，其被配置為供應由金屬材料制成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾·皮希勒，賴因哈·德哈夫訥，
申請(專利權)人：四A工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：奧地利;AT