Schäume

Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften eignen sich Schaumstoffe für ein breites Spektrum von Anwendungen. Schaumstoffe spielen beispielsweise aufgrund ihrer geringen Dichte eine wichtige Rolle bei der Konstruktion von Leichtbauteilen:

• Strukturschäume aus PMI (Polymethacrylimid) oder PET (Polyethylenterephthalat) werden in Verbindung mit Verbundwerkstoffen zu Sandwich-Bauteilen verarbeitet, die unter anderem in der Luftfahrt zum Einsatz kommen.
• Partikelschäume, wie expandiertes Polystyrol (EPS) oder expandiertes Polypropylen (EPP), können zur Herstellung von Formteilen für die Verpackungsindustrie verwendet werden.
• Metallschäume werden als Crash-Absorber in Fahrzeugen, Schutzvorrichtungen in Sportausrüstungen und Aufprallschutz in industriellen Anlagen verwendet. Ihre Vorteile liegen in der hohen Energieabsorption, mechanischer und thermischer Festigkeit und einem geringen Gewicht, was sie zu effizienten Materialien für diese Anwendungen macht.
• Einige Schaumstoffe wie EPP oder Metallschäume eignen sich aufgrund ihrer hohen Energieabsorption auch für den Einsatz in Crash-Absorbern.
• Polymerschäume sind dank ihrer zellularen Struktur, die größtenteils Lufteinschlüsse enthält, ein idealer Dämmstoff.

Um die typischen Kennwerte all dieser Schaumstoffeigenschaften zu ermitteln, ist ein immenser Versuchsaufwand erforderlich. Die Einflüsse unterschiedlicher Parameter wie Zellgrößen, Zellwanddicken oder Zellverteilung zu Beginn des Herstellungsprozesses zu ermitteln, ist ohne größere Anpassungen eine schwierige bis unmögliche Aufgabe.

Digitales Materialdesign mit GeoDict ermöglicht es, alle Parameter vor der Fertigung zu variieren und hinsichtlich der Anforderungen an den Schaum zu optimieren. Nur die vielversprechendsten Konfigurationen werden anschließend als Prototypen hergestellt und stehen so für weitere Validierungen zur Verfügung.

Das digitale Materiallabor GeoDict bietet eine benutzerfreundliche Komplettlösung für die Entwicklung von maßgeschneiderten Schäumen. Der Workflow ist wie folgt: Proben vorhandener Materialien werden mit einem µCT gescannt und die Daten in die Software importiert, um ein 3D-Strukturmodell zu erstellen. An diesem 3D-Strukturmodell wird eine vollständige Analyse der geometrischen Eigenschaften, wie z.B. Zellgröße und Zellgrößenverteilung, durchgeführt.

Stehen keine Bilddaten zur Verfügung, können komplexe Mikrostrukturen direkt in GeoDict mit den Modulen FoamGeo und GrainGeo erzeugt werden. Basierend auf den Eigenschaften des digitalisierten Mikrostrukturmodells lassen sich die makroskopischen Materialeigenschaften des Schaums berechnen und vorhersagen. Hierfür steht eine Vielzahl von selbst entwickelten Lösern zur Verfügung, beispielsweise für Strukturmechanik, Leitfähigkeit oder Strömungsmechanik.