Belgisch Instituut voor Lastechniek
Joining your future.

 

HYBRISONIC: Ultrasonic supported processing of hybrid materials

Laatst gewijzigd: 
02-03-2022

Metaal-composiet sandwichpanelen bestaan uit twee dunne, massieve metalen platen waartussen onder hoge druk een kunststof (bv. polyetheen) is verlijmd. De metaalplaten vormen daardoor samen met het kunststof een soort sandwich, waardoor ze ook wel metaal sandwichplaten worden genoemd. Verschillende soorten metalen worden hiervoor gebruikt; voornamelijk aluminium, maar ook roestvast staal, gelakt staal, messing, titaan enz.

Het oppervlak van aluminium sandwichplaten is uitermate vlak, corrosievrij en heeft een lage uitzettingscoëfficiënt. De stevige aluminium sandwichplaten combineren deze eigenschappen met een uitstekende bedrukbaarheid met inkt. Hierdoor zijn ze bij uitstek geschikt voor stijlvolle toepassingen zoals reclamezuilen, standenbouw, reclameborden en displays.

Aluminium-composiet platen

Aluminium-composiet platen hebben vele voordelen in vergelijking met andere materialen. Door het gebruik van aluminium en kunststof zijn de platen licht van gewicht en stijf. Doordat aluminium sandwichpanelen met eenvoudige gereedschappen gemakkelijk en voordelig bewerkt kunnen worden, biedt het materiaal een enorme vormvrijheid. Een ander voordeel is dat de platen vuur-vertragend of soms zelfs vuurbestendig werken. Tenslotte zijn ze ook nog eens duurzaam omdat ze volledig recycleerbaar zijn.

Aluminium-composiet platen kunnen voor de meest uiteenlopende toepassingen gebruikt worden. In de bouw worden de panelen vaak ingezet als gevelbekleding maar ze kunnen bijvoorbeeld ook dienst doen als machineafscherming of daken. Aluminium-composiet wandpanelen worden gebruikt voor vlakke gevelbekleding en interieurafwerking. Ze zijn licht van gewicht, extreem stijf en volledig vlak. Akoestisch comfort gecombineerd met hoge weersbestendigheid, thermische en brandwerende kwaliteit maken dit product gegeerd in de bouwindustrie.

Plafond in aluminium-composiet panelen voor o.a. akoestische isolatie

Toepassing voor de productie van het frame van lichtgewicht zitbanken voor treinen

 

Staal-composiet platen

Metaal-composiet sandwichpanelen spelen een steeds belangrijkere rol voor lichtgewicht ontwerp en voor het reduceren van lawaai en trillingen in de transportsector. Om de EU-doelstellingen wat betreft emissies te behalen, spelen economische lichtgewicht concepten een belangrijke rol in de transport- en auto-industrie. Ontwikkelaars, fabrikanten en leveranciers, gebruiken bijvoorbeeld staal-composiet panelen, die lichter zijn dan de monolithische stalen componenten en goedkoper zijn dan de aluminium componenten.

Door het gebruik van deze materialen kan een gewichtsbesparing van 10% voor een carrosserie behaald worden, met behoud van de productie-infrastructuur. 

Behuizing van een machine

Doel van het project

Uitdagingen

Het gebruik van deze panelen stelt echter uitdagingen op het gebied van de verbindingstechnologie. De eerste vereiste voor het gebruik van dergelijke hybride componenten is de beschikbaarheid van geschikte verbindingstechnieken. Verschillende combinaties op vlak van materialen en diktes maken het robuust verbinden van deze materialen alsmaar complexer.

Door de tussenliggende laag (bv. polymeer) is de verwerking van deze hybride materialen echter moeilijk in vele opzichten en nieuwe benaderingen zijn vereist. Eén van de meest gebruikte verbindingstechnieken voor plaatmaterialen is het weerstandpuntlassen. Aan de ene kant fungeert de tussenliggende laag als een elektrisch isolerende barrière, waardoor weerstandlassen niet mogelijk is. Aan de andere kant is het verschil tussen de mechanische eigenschappen van de composietlaag en het metalen cover groot, wat leidt tot verdere beperkingen inzake toepassing van bewerkingstechnieken.

Recent zijn er echter ontwikkelingen gebeurd voor een aantal verbindingsprocessen. Nieuwe hybride verbindingstechnieken werden ontwikkeld. De mogelijkheden en de beperkingen van deze verbindingstechnieken moeten echter gekend zijn om bedrijven toe te laten deze processen te gebruiken voor het vervaardigen van multi-materiaal componenten.

Dwarsdoorsnede van een geriveteerde verbinding van een metaal-composiet sandwichplaat

Dwarsdoorsnede van een geclinchte verbinding van een metaal-composiet sandwichplaat

Projectomschrijving

Het BIL heeft een praktijkgericht onderzoeksproject opgestart over het verbinden van deze sandwichplaten. Hierbij werden verschillende hybride verbindingstechnieken verder ontwikkeld en uitgetest op verschillende materialen. In het project lag de focus op 4 verbindingstechnieken; meer bepaald clinchen, riveteren, weerstandlassen en wrijvingspuntlassen.

Om ervoor te zorgen dat de sandwichplaten kunnen verbonden worden met deze technieken moet de plastic kern lokaal verplaatst worden. In het project werden 2 concepten voor het wegdrukken van de plastic kern onderzocht. Het eerste concept is het ontwikkelen van een hybride verbindingstechniek, meer bepaald een combinatie van ultrasoon lassen en clinchen of weerstandlassen. Voor dit concept werd een sonotrode voor het genereren van de ultrasone trilling geïntegreerd in de verbindingstools. Door de ultrasone trillingen zal de plastic kern van de sandwichplaat verplaatst worden zodat de platen kunnen verbonden worden. Een tweede aanpak maakt ook gebruik van ultrasone trillingen om de plastic kern te verplaatsen, maar als voorafgaandelijke stap. Nadien kunnen de behandelde platen verbonden worden met zelfponsend riveteren of wrijvingspuntlassen.

Daarnaast werden er industriële cases ontwikkeld om het potentieel van de nieuwe processen aan te tonen.

 

Wrijvingspuntlasmachine

Resultaten

Projectmeeting december 2020

Resultaten

Lees ook