Strukturanalyse nach Maß – jetzt auch mit 3D-CT

Werkstoffe 06. 06. 2021
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Dank langjähriger Erfahrung und hervorragender Laborausstattung ist das Fraunhofer-Institut für Physikalische Mess­technik IPM ein gefragter Forschungs- und Entwicklungspartner zur Analyse und Optimierung von Materialien, Bauteilen und Systemen. Neu im Portfolio ist jetzt ein High-end-3D-Computertomograph.

Das Fraunhofer IPM arbeitet mit einem 3D-Computertomographen der neuesten Generation (v|tome x|m von Baker Hughes Digital Solutions) (© Fraunhofer IPM)

 

Seit Jahrzehnten forscht das Fraunhofer IPM an Wärme- und alternativer ­Kältetechnik, Peltierkühlung, Heatpipes, Sensortechnik sowie an der Versagensanalyse von Funktionsmaterialien und Bauteilen. In den Labo­ren des Instituts realisieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen von Forschungsaufträgen umfassende Analytik­ketten, die auf individuelle Fragestellungen abgestimmt sind. Dabei werden modernste Mess- und Analysetechniken genutzt:

  • Thermophysikalische Analytik:
    Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität oder Phasenübergänge
  • Elektrische Messtechnik:
    elektrische Leitfähigkeit, Ladungsträgerkonzentration und - beweglichkeit etc.
  • Spezialmessstände:
    Untersuchung spezieller Bauteile wie Heatpipes, Peltier-Module etc.

Die 3D-Computertomographie ist nun ein weiterer neuer Baustein im Angebot des Instituts und eröffnet neue Möglichkeiten für die innovative Bauteilanalyse, von der Versa­gensanalyse bis hin zu Fluid-Untersuchungen.

Zerstörungsfrei in ­Bauteile und Systeme schauen

Die 3D-Computertomographie ermöglicht es, Objekte zerstörungsfrei zu durchleuchten und ihr Innenleben dreidimensional darzustellen. Dabei wird vom Objekt aus verschiedenen Perspektiven ein zweidimensionales Röntgenbild erzeugt und zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt. So kann beispielsweise direkt untersucht werden, wie sich bei der strukturellen Analyse festgestellte Defekte auf die thermophysikalischen und elektrischen Eigenschaften auswirken. Dank der hohen Dynamik des Röntgen­detektors lassen sich auch Flüssigkeiten sichtbar machen und fluidische Prozesse in Echtzeit in
einem Bauteil verfolgen, zum Beispiel in Wärmetauschern und Kühlern. Die Durchleuchtung der Bauteile ist auch in-situ möglich, während das Gerät unter betriebsnahen Bedingungen, wie beispielsweise definierter Temperatur, Luftfeuchte, Gaszusammensetzung, oder mit Kühlwasser betrieben wird.

Für seine Kunden entwickelt das Fraunhofer IPM individuelle Lösungen für die zerstörungsfreie Analyse in der Entwicklung, Qualitätskontrolle und Fehleranalyse. Die Computertomographie ist auch ein ­ideales Werkzeug zur Entwicklung von neuen Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel 3D-
Druck-Verfahren; Bauteile können sehr schnell mit dem Soll-Zustand verglichen werden. Somit lassen sich Entwicklung und Produkt­ion schnell anpassen und – im Fall der Fälle – Fehler auch schnell und effektiv analysieren.

Der neue 3D-Computertomograph weist folgende Spezifikationen auf:

  • 300-kV-Röhre – zur Durchleuchtung dichter Materialien, zum Beispiel aus Edelstahl oder Kupfer
  • 180-kV-Nanofokus-Röhre – für hohe Auflösung, im Idealfall bis hinunter zu wenigen Mikrometern
  • 16-MP-Detektor mit hoher Dynamik – zur Erfassung feiner Strukturen und hoher Kontraste
  • geometrische Messungen – mit Rückführbarkeit auf ein Kalibriernormal nach VDI
  • In-situ-Analyse ganzer Systeme, zum Beispiel mit angeschlossener Stromversorgung und laufendem Kühlwasser

Kontakt:

Dr. Markus Winkler, Projektleiter Kalorische Systeme,
E-Mail: markus.winkler@ipm.fraunhofer.de

Text zum Titelbild: Erst die 3D-CT-Analyse deckt die Ursache für den Leistungsverlust bei diesem Peltier-Modul auf (© Fraunhofer IPM)

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