Metalen verbinden zonder lassen
Lassen is nog altijd de standaard techniek om metalen met elkaar te verbinden. Maar deze inspannende methode onder hoge temperaturen is niet overal inzetbaar. Een flexibel alternatief voor traditionele las- en lijmmethoden heeft nu een onderzoeksteam van de werkgroep Functionele Nanomaterialen van de Christian Albrechts Universiteit (CAU) in Kiel samen met het plaatselijke bedrijf Phi-Stone ontwikkeld. Gebaseerd op een speciale etsmethode kunnen hiermee aluminium en aluminiumlegeringen zowel met elkaar als met kunststoffen duurzaam stabiel worden verbonden. Op de Hannover Messe presenteerden de twee een prototype van een mobiel verbindingsstation.
Bij het lassen worden onderdelen lokaal met elkaar versmolten. De hiervoor noodzakelijke hoge temperaturen kunnen het materiaal in de warmtebeïnvloede zone echter structureel vervormen en optisch veranderen. Ook zijn hierbij bijzondere veiligheidsmaatregelen en gekwalificeerde medewerkers nodig. De methode van de CAU-onderzoeksgroep onder leiding van professor Rainer Adelung daarentegen ontziet niet alleen de te verbinden materialen. Deze methode is ook eenvoudiger en flexibeler in gebruik, zelfs op moeilijk toegankelijke plekken, in hoeken of boven het hoofd aan het plafond. Reeds in een paar minuten kunnen zo metalen met elkaar maar ook met kunststoffen stevig worden verbonden. Toepassingsmogelijkheden ziet het team bijvoorbeeld in de scheeps-, vliegtuig- of voertuigenbouw. Bijzonder goed geschikt zou de methode zijn om onderdelen naderhand in reeds bestaande constructies aan te brengen, bijvoorbeeld in het interieur van schepen of auto’s, beschrijft Adelung bepaalde inzetmogelijkheden. “De hoge temperaturen bij het lassen kunnen bijvoorbeeld reeds behandelde of gestreken oppervlakken verstoren Onze methode daarentegen functioneert bij kamertemperatuur zonder bijzondere beschermingsmaatregelen.”
De etscel wordt middels een vacuüm ondersteunde houder op een aluminiumvlak bevestigd en daar gericht elektrochemisch gestructureerd.
Oppervlak opruwen
Om metalen te kunnen verbinden, ruwt het onderzoeksteam bij zijn ‘Nanoscale Sculpturing’- methode het oppervlak met een elektrochemische etsmethode op, zodat op micrometer niveau een fijne kubusvormige weerhakenstructuur ontstaat. Worden twee zo behandelde oppervlakken middels lijm met elkaar verbonden, dan ontstaat een slechts zeer moeilijk losneembare verbinding.
Nieuwe materiaalcombinaties
“Als er iets breekt, dan hooguit de lijm op zich of het materiaal zelf, maar niet de plek van de verbinding”, benadrukt Ingo Paulowicz van Phi-Stone. Adelung vult aan: “De Nanoscale Sculpturing-methode opent volledig nieuwe mogelijkheden in de verbindingstechniek maar ook nieuwe materiaalcombinaties zoals aluminium met koper of met siliconen. Dat zou bijvoorbeeld voor de medische techniek interessant kunnen zijn.”
De aluminium flens zit stevig vast op de aluminium wand. Een lasnaad zoals bij de op traditionele wijze verbonden ophanging op de voorgrond ontstaat bij het verbinden van de metalen niet.
Om hun verbindingstechniek industrieel toe te kunnen passen, ontwikkelde het CAU-team samen met Phi-Stone het mobiele en eenvoudig te bedienen prototype ‘Metalangelo’. Middels via 3D-printen individueel te produceren etscellen kunnen hiermee metaaloppervlakken vormnauwkeurig bij kamertemperatuur worden bewerkt. Samen met de eerste klanten willen ze het product, afgestemd op hun eisen, doorontwikkelen tot marktrijpheid. Twee patenten hiervoor zijn reeds aangemeld. Met de verwijzing naar de Renaissance-beeldhouwer Michelangelo benadrukt de naam van het prototype het basisprincipe van de nieuwe methode: het gericht bewerken van oppervlakken. Dit keer echter metaal in plaats van marmer.
