Les instituts Fraunhofer pour les machines-outils et la technologie de formage IWU ainsi que pour la technologie de fabrication et la recherche appliquée sur les matériaux IFAM ont réalisé une percée dans la recherche sur les matériaux : le matériau composite HoverLIGHT établit de nouvelles normes pour la conception des machines-outils. Grâce à la combinaison de mousse d'aluminium et de billes creuses remplies de particules, HoverLIGHT atteint un mélange de propriétés sans précédent en termes de légèreté, de rigidité et d'amortissement des vibrations. Dans le cadre d'un projet commun avec un partenaire industriel, il a été démontré pour la première fois que HoverLIGHT amortit les vibrations des machines de série trois fois mieux. Et cela avec une réduction de poids de 20 % par rapport à l'assemblage d'origine.
Léger, précis - les avantages de HoverLIGHT
HoverLIGHT est un composite de mousse métallique et de billes creuses et peut servir de noyau pour des sandwichs. Grâce au principe du sandwich, une réduction de poids significative est obtenue, le noyau HoverLIGHT garantissant un amortissement élevé : la mousse d'aluminium avec les billes creuses intégrées amortit les vibrations de manière beaucoup plus efficace que les matériaux composites utilisés jusqu'à présent. Cela conduit à une précision accrue dans le traitement et à une durée de vie plus longue de la machine.
La construction en sandwich permet également des économies de poids significatives - cela permet une dynamique accrue des processus de traitement. HoverLIGHT peut être adapté aux exigences spécifiques de différentes applications.
Utilisation réussie en pratique
Dans un projet commun avec le groupe Chiron SE, HoverLIGHT a déjà été utilisé avec succès dans le traverse d'une fraiseuse. Les résultats sont impressionnants :
- Réduction de poids de 20 % : le traverse en HoverLIGHT est nettement plus léger que l'assemblage comparable en matériaux conventionnels.
- Amortissement nettement plus élevé : l'amortissement des vibrations a pu être multiplié par trois, ce qui entraîne une précision accrue et une durée de vie plus longue des outils.
- Productivité accrue : grâce à une vitesse et une précision plus élevées, les machines équipées de traverses HoverLIGHT peuvent produire plus de pièces en moins de temps.
Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, responsable de la recherche sur les mousses métalliques au Fraunhofer IWU : « Avec HoverLIGHT, nous avons développé un matériau qui repousse les limites de l'amortissement des vibrations. Nous résolvons le conflit d'objectifs qui découle des exigences fondamentalement opposées d'une conception rigide des machines-outils modernes, d'assemblages plus légers et d'un amortissement efficace des vibrations. »
Dans les machines-outils, tous les assemblages mobiles sont prédestinés à l'utilisation de HoverLIGHT, par exemple les chariots de machine. Mais de nombreuses possibilités d'application sont également envisageables en dehors du secteur de la machine-outil - là où la légèreté, la rigidité et la précision sont particulièrement importantes.
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Résistant : l'essai de torsion selon DIN 53 295 prouve que les plaques de couverture et le noyau sandwich forment une connexion stable. © Fraunhofer IWU Des bras robotiques construits en sandwich bénéficieraient d'une grande rigidité à faible masse, car un poids réduit permet des vitesses et des accélérations plus élevées.
- Des structures de renforcement en mousse d'aluminium sont déjà utilisées dans les structures de crash des voitures de série, mais sans billes creuses remplies de particules, dont la fonction est principalement d'atténuer les vibrations. Pour l'absorption d'énergie, des structures en mousse suffisent.
- Dans les véhicules ferroviaires, des éléments muraux et de sol sont envisagés pour l'utilisation de HoverLIGHT ; dans le métro de Pékin, les dalles de sol sont réalisées en sandwich avec un noyau en mousse d'aluminium - pour un meilleur amortissement à poids réduit.
- Dans les serveurs et les superordinateurs, des boîtiers légers et rigides sont nécessaires pour garantir la stabilité et le transfert de chaleur tout en amortissant les vibrations.
- Les applications en technologie médicale telles que les appareils d'IRM ou d'échographie dépendent de conceptions légères et rigides ; seules ainsi des mesures précises peuvent être garanties et les vibrations qui compromettent la qualité de l'image peuvent être minimisées.
Le prochain objectif : des coûts de fabrication attractifs
Les chercheurs travaillent continuellement à développer HoverLIGHT et à élargir ses possibilités d'application. L'objectif est d'adapter les propriétés du matériau composite aux exigences d'autres applications et de réduire ses coûts de fabrication grâce à des processus industrialisés. La fabrication de billes creuses est coûteuse, énergivore et pas encore reproductible. Une approche prometteuse consiste à remplacer les billes creuses par des blisters métalliques plus simples et donc moins coûteux à produire - comme dans les emballages de médicaments. L'équipe de Fraunhofer est convaincue qu'elle pourra réaliser des progrès significatifs en matière de coûts dans quelques années.
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