„Innere Werte“ zerstörungsfrei auf den Bildschirm gebracht

Durch aktive Thermografie kann man auf die innere Struktur eines Bauteils schließen. Am IKT entwickelte Methoden schärfen die Bilder mit Hilfe künstlicher Intelligenz deutlich - (Bild: IKT).

Der erfolgreiche Einsatz von Kunststoffen steht und fällt mit den „inneren Werten“ der daraus gefertigten Teile, die einer äußerlichen Inspektion oft nicht zugänglich sind. Schlechte Haftung von Komponenten in Laminaten oder Schweißverbindungen oder die möglicherweise suboptimale Verteilung der Bestandteile eines Blends lassen sich nur mit aufwendigen Analyseverfahren zerstörungsfrei aufdecken. Obendrein gibt es Additive, die den „tieferen Blick“ in das Material erschweren. Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) arbeitet an Lösungen für derartige Grenzfälle der modernen Materialprüfung, verbessert bestehende Verfahren und entwickelt stetig neue.

Ein Beispiel ist die aktive Thermografie, ein wichtiges Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (ZFP). Hier wird Wärme in ein Bauteil eingebracht und dessen Oberfläche mit einer Infrarotkamera beobachtet. Durch geschickte Auswertung ihrer Bilder kann man dann auf die innere Struktur des Bauteils schließen. Da sich Wärme im Bauteil allerdings in alle Richtungen ausbreitet, wird die thermische Welle an allen Grenzflächen reflektiert – nicht nur an Defekten. Das verzerrt die Anzeige. Am IKT wurde nun eine Methode entwickelt, die die lateralen Wärmeflüsse kompensiert. Das schärft die Bilder der Defekte deutlich. Kern des Verfahrens ist eine Sinus-modulierte Wärmewelle. Defekte in Bauteilen verraten sich im Bild durch die Auswertung von Amplitude und Phasenverschiebung im Vergleich zum Referenzsignal. Derzeit wird untersucht, ob diese Kompensationsmethode auch Störungen durch laterale Wärmeflüsse in inhomogenen Werkstoffen wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen reduzieren kann.

Die Herstellung von Kunststoff-Blends ist oft komplexer als gedacht. Denn ihre Morphologie und damit ihre Materialeigenschaften hängen stark von den Details des Mischprozesses ab. Kennt man ihren Einfluss auf das Ergebnis, wird nicht nur die gezielte Erzeugung von Blends mit speziellen Eigenschaften einfacher. Es können sogar ganz neue Mischungen ins Auge gefasst werden. Am IKT geht man diesen Fragen mit Hilfe der zerstörungsfreien Computertomographie nach. Sie sollte eine dreidimensionale, hochaufgelöste, quantitative „Durchleuchtung“ des Mischprozesses ermöglichen. Die Herausforderung: Die Röntgenabschwächungseigenschaften der meisten Kunststoffe sind nahezu identisch, was die Analyse der Blendmorphologie stark erschwert. Am IKT wurde dieses Problem durch Zugabe eines Kontrastmittels zu einer der Blendkomponenten gelöst. So konnten bemerkenswerte Aussagen über Blend-Mischgüten getroffen und sogar die Mischeigenschaften spezieller Mischelemente analysiert werden.

Auch Faserkunststoffverbunde könnten in naher Zukunft von neuen ZFP-Verfahren profitieren. Etwa in Form von Luftultraschall-Polar-Scans. Ihr Ziel ist, über das anisotrope Ausbreitungsverhalten von akustischen Wellen im Material Aufschluss über die richtungsabhängige Steifigkeit des Werkstücks zu erhalten. Bei diesen Scans werden Luftultraschall-Messungen durchgeführt, wobei Sender und Messkopf von einem Robotersystem in einem Polarkoordinatensystem über die Probe geführt werden. Tatsächlich stimmen die Resultate der neuen Methode grundlegend mit Literaturergebnissen überein, welche „klassisch“ im Wasserbad durchgeführt wurden. Die aus der Literatur bekannten Interpretationsansätze lassen sich jedoch nicht ohne weiteres übertragen, da sich gewisse Interaktionseffekte bei der luftgekoppelten Analyse möglicherweise noch überlagern.

Diese und weitere aktuelle Themen aus dem Bereich der praxisrelevanten Kunststofftechnik stehen im Mittelpunkt des 29. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Uni Stuttgart vom 17. bis zum 21. Februar 2025. Die ersten drei Tage, vom Montag, den 17. Februar 2025, bis Mittwoch, den 19. Februar 2025, werden als „virtuelle“ Tagung durchgeführt. Die Teilnahme ist kostenlos, es ist aber eine Anmeldung erforderlich.

Am Donnerstag, den 20. Februar 2025, und am Freitag, den 21. Februar 2025, geht die Tagung in einen Präsenzteil über. Der Freitag steht unter den Leitthemen „Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen“ mit mehreren Plenarvorträgen und einer Podiumsdiskussion mit namhaften Vertretern aus Industrie und Politik. Anmeldungen sind noch bis zum 6. Februar 2025 möglich.

Auf einer Abendveranstaltung am Donnerstag, den 20. Februar 2025, gilt es außerdem, „60 Jahre Kunststofftechnik in Stuttgart“ zu feiern. Hier wird auch der renommierte Ensinger-Preis verliehen. Am Nachmittag des gleichen Tages (17 Uhr) werden auch das neue Rheometrie-Labor und das neue Compoundier-Technikum des Instituts eröffnet.

„29. Stuttgarter Kunststoffkolloquium“ - 17.-21. Februar 2025
17.-19. Februar 2025 - virtuell
20.-21. Februar 2025 - Präsenz in Stuttgart

Weitere Informationen:
www.ikt.uni-stuttgart.de/29.-stuttgarter-kunststoffkolloquium, www.ikt.uni-stuttgart.de, www.uni-stuttgart.de

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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