IKV: Computertomografie - Blick ins Innere von Kunststoffbauteilen

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV,www.ikv-aachen.de) in Aachen verfügt seit kurzem über ein System zur Röntgen-Microcomputertomografie (Micro-CT). Eine Analyse der inneren Strukturen von Kunststoffbauteilen ist mit diesem Gerät in einem zerstörungsfreien Verfahren möglich.

Die Eigenschaften von Bauteilen und Halbzeugen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie z.B. aus Kunststoffschaum, aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Compounds hängen nicht nur von der gewählten Materialkombination ab, sondern ganz wesentlich von ihrer inneren Struktur. Stand der Technik für die Analyse dieser Strukturen ist bisher die Auswertung optischer oder elektronenmikroskopisch gewonnener Aufnahmen. Diesen 2D-Ansätzen ist jedoch gemein, dass sie nur die Oberfläche eines Schnitts betrachten. Dazu muss die Struktur zerstört werden und es entsteht ein systematischer Fehler bei der Vermessung, denn die relevanten Strukturen werden nicht alle mittig aufgeschnitten.

Hier schafft die dreidimensionale Abbildung mittels Micro-CT Abhilfe. Mit dem am IKV verfügbaren Micro-CT System, Typ 1172-100 70 FOV der Fa. Skyscan, Kontich, Belgien, wird die Probe zerstörungsfrei aus mehreren Richtungen mit einem Röntgenstrahl durchstrahlt und der Schattenwurf wird aufgenommen. Aus diesen Projektionen wird dann dreidimensional ortsaufgelöst auf die innere Struktur der Probe zurückgeschlossen. Die maximal mögliche Vergrößerung ist von der Probengröße abhängig. Bei kleinen Proben (Durchmesser bis ca. 4 mm) können mit dem System Strukturen im einstelligen Mikrometerbereich aufgelöst werden. Maximal können Proben mit einem Durchmesser bis 68 mm bei einer Auflösung von 35 µm je Pixel untersucht werden. Die Probenhöhe darf, je nach Größe des Probenhalters, maximal 100 mm betragen.

Die Abbildung zeigt einige Anwendungsbeispiele, z.B. ein geschäumtes Gummiprofil als Schichtbild (a) und als 3D-Grafik (b). Mithilfe der dreidimensionalen Bildverarbeitung können alle relevanten Schaumstrukturmerkmale auch von offenzelligen Strukturen bestimmt werden. So können Prozesse und Produkte gezielt optimiert werden. Auch zur Bewertung der Güte von Mischungsvorgängen kann die Micro-CT eingesetzt werden. In Bild (c) ist der (virtuelle) Schnitt durch ein Granulatkorn dargestellt; die in den Werkstoff eingearbeiteten Glaskugeln sind als helle Punkte erkennbar. Ebenso können Faserorientierungen oder der Faservolumengehalt bestimmt werden. Auch für die Schadensanalyse kann die Micro-CT angewendet werden, wie am Beispiel eines verschweißten Bauteils in Bild (d) zu erkennen ist. Deutlich zu sehen ist die Geometrie der Schweißnaht und der in der Mitte der Naht befindliche Lunker, der zum Versagen führen kann.

Der Blick ins Innere von Kunststoffbauteilen ermöglicht ungeahnte Fortschritte auf vielen Forschungsgebieten. Das Gerät steht auch den Projektpartnern des IKV für die industrielle Gemeinschaftsforschung zur Verfügung.

Kontakt:
Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV)
Dipl.-Ing. Klaus Berdel
Tel. +49 (0) 241 80-27277
berdel@ikv.rwth-aachen.de

Bild: Anwendungsbeispiele der Micro-CT in der Schaumanalyse, Schadensanalyse und zur Bewertung der Qualität von Mischvorgängen.

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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