Mikrostrukturanalyse

Die Mikrostruktur moderner Werkstoffe bestimmt maßgeblich deren makroskopische Materialeigenschaften. Wir entwickeln Algorithmen zur Charakterisierung und stochastischen Modellierung solcher Mikrostrukturen anhand von Bilddaten.

Am Fraunhofer ITWM werden seit 2000 Algorithmen für die Analyse dreidimensionaler Bilddaten entwickelt. Hochaufgelöste Tomografien von Materialstrukturen liefert insbesondere der hauseigene Computertomograf.

Wir nutzen die Ergebnisse der Bildanalyse, um die beobachteten Strukturen geometrisch zu modellieren. Dabei verwenden wir stochastische Modelle, die mikroskopische Variablilität auf natürliche Art abbilden. Diese Modelle ermöglichen Mikrostrukturoptimierung und virtuelles Materialdesign.

 

Neben unseren Software-Produkten der MAVI-Familie bieten wir Ihnen als Serviceleistung:

Quantitative geometrische Analyse der Mikro- oder Nanostruktur mit MAVI, Ergebnisse sind z.B.:

  • Volumenanteil, Porosität, spezifische Oberfläche oder Konnektivität von Komponenten
  • Faserlängendichte, Faserorientierungsverteilung
  • Größen- und -Formverteilung von Zellen bzw. Partikeln
  • lokale Porosität, lokale Strukturdicke

Aufnahme von 3D-Bildern:

  • Mikrocomputertomografie im Haus
  • Mit Partnern: Phasenkontrast CT, konfokale Laserscanningmikroskopie, Elektronentomografie, FIB-Tomografie

Ausgewählte Projekt- und Materialbeispiele

 

Beton

Wir entwickeln Verfahren, die in Bildern der Größe 10.000x10.000x2.000 Voxel Risse detektieren und ihr Wachstum verfolgen.

 

Holzarten

Mathematik hilft bei Eindämmung des illegalen Holzhandels. 

 

Holzbasierte Dämmstoffe

Wir untersuchen die Auswirkungen der Faserverteilung in holzbasierten Dämmstoffen mit dem Ziel, die Wärmedämmung zu verbessern.

 

Mikrostrukturdesign zur Trennung von Zellen

Im Projekt »MaTBiZ« vesuchen wir durch digitale Zwillinge und 3D-Druckverfahren Trennvorgänge biologischer Zellen besser zu verstehen.

 

Wolkigkeit

Die Homogenität von Filtermedien ist wichtig für Materialauswahl und Qualitätskontrolle. Wir haben einen theoretisch fundierten Wolkigkeitsindex entwickelt und eine Methode zu dessen Messung anhand von Bilddaten.

 

Vliesstoffe

Wir optimieren die gesamten Produktionskette von Vliesstoffen mittels Lernverfahren und Prozesssimulation.

 

Faserverbundwerkstoffe

Wir bilden Faserverbundwerkstoffe 3D ab und analysieren die Faserkomponente mit robusten Verfahren.

 

Offenzellige Schäume

3D Bildanalyse für Stegsystem und Porenraum liefert Eingabe- und Validierungsdaten für stochastische Geometriemodelle.

 

Geschlossenzellige Schäume

Verlässliche Aussagen zur Geometrie der Schaumstruktur für die Auslegung z.B. von Sandwich-Leichtbauteilen.

 

Flechten

Welchen Einfluss haben Flechten auf unser Klima? Für eine bessere Modellierung analysieren wir die geometrische Struktur in 3D Bildern.

 

Schnee

Wie alt ist die Firnprobe? Wir suchen die Anwort in der räumlichen Anordnung der Luftporen.

 

Buiscuits Roses

Warum zerkrümeln sie nicht, wenn sie benetzt werden?

 

FIB-REM poröser Strukturen

FIB-REM bildet Nanostrukturen räumlich ab. Wir rekonstruieren hochporöse 3D-Strukturen aus den Bildstapeln.

 

Kapillare Gefäßstrukturen

Die Analyse der Mikrostruktur kapillarer Blutgefäße ermöglicht Mediziner:innen ein tieferes Verständnis krankhafter Veränderungen wie Fibrose.

 

Granulate und Partikelsysteme

Die 3D Partikelform ist ein ausschlaggebender Parameter für weiterführende Prozesse. Wie kann sie erfasst und beschrieben werden?