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:

Projekt- und Materialbeispiele

 

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.

 

Beton

Im Projekt DAnoBi (Detektion von Anomalien in Bilddaten) entwickeln wir gemeinsam mit Partnern Verfahren, die auch in Bildern der Größe 400GB Risse finden und segmentieren.

 

Vliesstoffe

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

 

Holzarten

Mathematik hilft bei Eindämmung des illegalen Holzhandels. 

 

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?

 

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?