Text - Fraunhofer

Presseinformation
Fraunhofer Vision auf der Control 2012 (8. - 11. Mai)
Halle 1, Stand 1502
Live-Messungen mit Röntgen zur
Charakterisierung moderner Hightech-Materialien
Kurztext
Die Proben werden zunächst mit dem Röntgen-Computertomographie-Gerät
CTportable gemessen. Im Anschluss erfolgt die Auswertung und Analyse der
Volumenbilder mit der Analyse-Software MAVI. Die Auswertung ermöglicht
Rückschlüsse auf die Werkstoffeigenschaften und kann zur Materialoptimierung
genutzt werden. Es können auch eigene Proben zur Untersuchung mitgebracht
werden (max. Größe: 40 x 40 x 40 mm). Die Messungen finden dreimal täglich statt.
Langfassung
Dreimal täglich finden Live-Messungen moderner Materialien statt. Die Proben
werden mit dem Röntgen-Computertomographie-Gerät CTportable vor Ort
aufgenommen; im Anschluss erfolgt die Auswertung und Analyse der Volumenbilder
mit der Analyse-Software MAVI. Die Geometrie der Mikrostruktur kann so nicht nur
visualisiert sondern auch quantitativ charakterisiert werden. Es können auch eigene
Proben zur Untersuchung mitgebracht werden (max. Volumen: 40 x 40 x 40 mm).
Die Messungen finden jeweils um 10:00, 12:00 und 14:00 statt, wobei jeweils eine
Materialklasse bzw. eine geometrische Eigenschaft im Zentrum der Messung steht:
Metallschäume, Faserverbundwerkstoffe und Polymerschäume.
Material
Offenzelliger Aluminiumschaum
Faserverbundwerkstoffe
Polymerschäume
Offenzellige Metallschäume sind leicht und zugleich
mechanisch stabil, eignen sich hervorragend als Basis
für Katalysatoren, zur akustischen und mechanischen
Dämpfung und als Crashabsorber. Durchströmungsund mechanische Eigenschaften hängen eng mit der
Homogenität der zellularen Struktur zusammen. µCT
mit 3-D-Bildanalyse erlaubt die Rekonstruktion und
anschließende Vermessung der einzelnen Zellen. So
können Zellgrößen- und Zellformverteilungen
gewonnen werden.
Faserverbundwerkstoffe kommen bereits seit längerem
im Bereich der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz und
finden nun auch in der Automobilindustrie zunehmend
Verbreitung. Für die simulationsgestützte Auslegung
von Bauteilen werden präzise Angaben über die
Mikrostruktur benötigt. Insbesondere die lokale
Faserverteilung und die lokale Faserorientierung haben
entscheidenden Einfluss auf die Materialeigenschaften.
Vorzugsrichtung und Stärke ihrer Ausprägung sowie
lokale Orientierungstensoren können aus 3-D-Bilddaten
gewonnen werden.
Polymerschäume verfügen aufgrund ihrer
geometrischen Feinstruktur über besondere
Eigenschaften. Auf Basis der 3-D-Volumenbilder
können insbesondere die Porosität und Homogenität
sowohl lokal als auch für die gesamte abgebildete
Probe analysiert werden.
Messablauf
1. Messung und Tomographie der Material-Probe mit CTportable
2. Auswertung und Charakterisierung der Mikrostruktur der Probe mit MAVI
Röntgen-CT zur Aufnahme der Probe mit CTportable
Mithilfe der Röntgen-Computertomographie (CT) lassen sich im Materialinneren
verborgene Strukturen beliebig komplexer Objekte aus fast allen Werkstoffen mit
hoher Genauigkeit erfassen und charakterisieren. Die CT ist daher eine geeignete
Methode zur Charakterisierung moderner Hightech-Materialien in den
unterschiedlichen Materialstadien wie Materialentwicklung (Charakteristik), verarbeitung (Qualitätssicherung) und Betrieb (Zuverlässigkeit) zu entwickeln.
CTportable ist ein tragbares CT-Gerät, mit dem Proben wie Keramiken,
Metallschäume oder Kunststoffe bis maximal 40 x 40 x 40 mm tomographiert werden
können. Durch Abmaße von nur 35 x 30 x 23 cm ist der Platzbedarf sehr gering. Das
Gerät ermöglicht den Verzicht auf ein spezielles Labor oder besonders geschultes
Personal, wodurch sich die Investitionskosten deutlich verringern. Der Anschluss
über die USB-Schnittstelle an ein Notebook gewährleistet einen einfachen Aufbau
und einfache Handhabung. Es wird keine weitere externe Hardware benötigt. Durch
ein Gewicht von unter 20 kg wird eine größtmögliche Mobilität erreicht. Dadurch kann
eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden, da die Messung direkt bei der Probe
stattfinden kann und Ergebnisse sofort zur Verfügung stehen.
Auswertung der Probe mit MAVI
Da die mit Computertomographie gewonnenen Volumenbilder die volle Information
über die räumliche Mikrostruktur enthalten, können sie mit der Software MAVI
(Modular Algorithms for Volume Images) analysiert, modelliert und visualisiert
werden.
MAVI ist speziell für die Analyse der komplexen Mikrostruktur von Werkstoffen (wie
Polymer-, Metall- und Keramikschäume, Sintermaterial, Beton) konzipiert, kann aber
auch dreidimensionale Bilder anderer Strukturen wie z. B. Knochen oder Schnee
erfassen und verarbeiten. Die Software misst Volumen, Oberfläche,
Krümmungsintegrale und die Eulerzahl für die vollständige Struktur oder für einzelne
Objekte, findet Anisotropien und bevorzugte Richtungen und bestimmt deren Stärke.
Die Faserrichtungsanalyse in Teilvolumina erlaubt z. B. die Berechnung des
makroskopischen, anisotropen, viskoelastischen Verhaltens des Verbundmaterials
direkt aus der Faser-Matrix-Mikrostruktur. Der damit hergestellte Zusammenhang
zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften wird zur
Materialoptimierung eingesetzt.
In der Fraunhofer-Allianz Vision arbeiten die Fachabteilungen aus derzeit 16
Fraunhofer-Instituten im Bereich Bildverarbeitung und optische Mess- und
Prüftechnik zusammen. Unter dem Motto »Qualitätssicherung von HightechMaterialien und Leichtbaustrukturen mit Bildverarbeitung und optischer Mess- und
Prüftechnik« stellen die Fraunhofer Vision-Institute am Messestand bei der Control
2012 innovative Lösungen vor, die bei der Entwicklung und Erprobung sowie bei der
Qualitätssicherung neuer Materialien zum Einsatz kommen können.
Bilder in Druckqualität:
Bild 1 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_1.jpg): Offenzelliger
Aluminiumschaum (Quelle: Fraunhofer ITWM).
Bild 2 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_2.jpg):
Faserverbundwerkstoff (Quelle: Fraunhofer EZRT.
Bild 3 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_3.jpg):
Polymerschaum (Quelle: Fraunhofer EZRT.
Bild 4 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_4.jpg): CTportable
(Quelle: Fraunhofer EZRT).
Bild 5 (fraunhofer_vision_control_ezrt_itwm_livemessung_bild_5.jpg): Mit
Computertomographie gewonnenes Volumenbild eines Kieselgels (Quelle:
Fraunhofer ITWM).
Fachkontakt:
Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT
Dipl.-Ing. Michael Salamon
Dr.-Mack-Str. 81
97062 Fürth
Telefon: +49 911 58061-7562
Fax: + 49 911 58061-7599
E-Mail: [email protected]
www.iis.fraunhofer.de/bf/xrt/
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Dr. Katja Schladitz
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Telefon: +49 631 31600-4625
Fax: +49 631 31600-1099
E-Mail: [email protected]
www.itwm.fraunhofer.de
Pressekontakt:
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Regina Fischer M. A.
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen
Telefon +49 9131 776-5830
Fax +49 9131 776-5899
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