Oberflächen- und Materialcharakterisierung

Die Mikrostruktur moderner Werkstoffe bestimmt maßgeblich deren makroskopische Materialeigenschaften. Wir entwickeln Algorithmen zur Charakterisierung und stochastischen Modellierung solcher Mikrostrukturen anhand von Bilddaten, z.B. aus CT, FIB-REM, REM. Unsere Produkte dienen dem tieferen Verständnis der komplexen Geometrie und der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Werkstoffen und eröffnen so neue Möglichkeiten wie Optimierung von Materialeigenschaften durch virtuelles Materialdesign.

Räumliche Bildanalyse gewinnt kontinuierlich an Bedeutung, da immer mehr Methoden für die dreidimensionale hochauflösende Abbildung verschiedenartiger Materialien zur Verfügung stehen. Am Fraunhofer ITWM werden seit 2000 Algorithmen für die Analyse dreidimensionaler Bilddaten entwickelt. Hochaufgelöste Tomografien von Materialstrukturen liefert insbesondere der hauseigene Computertomograf.

Anhand der aus Bilddaten gewonnenen Kenngrößen werden stochastische Geometriemodelle an die realen Mikrostrukturen angepasst, die die geometrischen Strukturverhältnisse gut widerspiegeln und so numerische Simulationen vereinfachen bzw. erst ermöglichen.

Das am Fraunhofer ITWM entwickelte Softwarepaket MAVI (Modular Algorithms for Volume Images) für die 3D Bildanalyse wird stetig erweitert. Die Kombination ToolIP mit MAVIkit ermöglicht die grafische Algorithmenentwicklung und den Batchbetrieb auch für Volumendaten.

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

 

Partner:

Beispiele zur 3D-Bildanalyse

 

Faserverbund-Werkstoffe

Faserverbundwerkstoffe werden in diversen Leichtbau-Anwendungen verwendet. Warum?

 

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

Wir entwickeln Rekonstruktionsverfahren und validieren sie mittels synthetischer FIB-REM-Bilder.

 

Kapillare Gefäßstrukturen

Die Analyse kapillarer Blutgefäße auf mikrostruktureller Ebene ermöglicht uns, krankhafte Veränderungen wie Fibrose besser zu verstehen.

 

Granulate und Partikelsysteme

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