Nützliche Poren auf dem Prüfstand

Die industrielle Computertomographie (CT) erschließt sich immer neue Betätigungsfelder. Im Bereich der Werkstoffuntersuchungen gelangen zunehmend offenporige, schwammartige Strukturen in den Fokus.

Bei Gussbauteilen wie Zylinderköpfen oder Lagerschalen sind Poren ein Mangel. Bei zu großer Häufung sind die Werkstücke Ausschuss. Es gibt aber auch Produkte, bei denen das Gegenteil der Fall ist, bei denen Poren eine technische Funktion haben. Beispiele sind PU-, Metallschäume und natürlich porosierter Bimsstein. Die Poren dieser Werkstoffe sorgen für eine entsprechende Speicher- oder Filterwirkung, für mechanische Dämpfungseigenschaften oder einen effizienten Wärmeaustausch. Porengrößen, -verteilungen und -ausrichtungen werden dabei zu Qualitätsmerkmalen.

Um Qualitätsmerkmale zu bestimmten, ist eine geeignete Quantifizierungsmethode notwendig. Wie für die unerwünschten Poren bietet sich auch für die erwünschten die industrielle CT an. Nur sie blickt wirklich porentief. Mit den am Markt verfügbaren Analysenprogrammen kommt der Anwender schon sehr weit. Doch möchte man Poren in einer relativ großen Fülle auf den Grund blicken, wird es mit konventionellen Tools aufwändig. Der Anwender müsste unzählige Details manuell segmentieren und viele Einzelergebnisse in Listen ablegen – eine kaum zumutbare Aufgabe.

„Wir haben uns daher entschlossen, zwei neue Module zu entwickeln, die auf die Analyse offenporiger Strukturen optimiert sind. Viele spezielle Automatismen nehmen dem Nutzer die Arbeit ab“, erklärt Christof Reinhart, Geschäftsführer bei Volume Graphics. Die Module tragen die vorläufigen Entwicklungsnamen Stone & Foam und Transport Phenomena. „Wir haben geplant, beide Module bis zum nächsten Major Release in unser Premiumprodukt VGStudio MAX zu integrieren“, so Reinhart.

Stone & Foam bietet drei Arten von Analysen:

1. Die Darstellung einer porösen Struktur als Ansammlung von Zellen. Sind die Poren-Zellen einmal segmentiert, was vollautomatisch vonstatten geht, ist eine statistische Auswertung ein Kinderspiel.
2. Ganz ähnlich lassen sich die Kanten des porösen Gebildes segmentieren. Die Software liefert Aussagen über die Kantenlängen, -breiten und -verläufe.
3. Die Kontaktfläche zum umgebenden Medium lässt sich bestimmen. Dies ist wichtig um beispielsweise Wärmeübergänge zu berechnen.

An diese Analysen knüpft das Modul Transport Phenomena an. Es betrachtet poröse Gebilde als Behältnis für durchströmende Medien. Es antwortet auf die Frage: Was passiert wenn? Kurz: Es simuliert die Vorgänge, die sich in einem porösen Körper abspielen können. Dazu gehören die Permeabilität bezüglich Flüssigkeiten und Gasen, die molekulare Diffusion, die elektrische sowie die thermische Leitfähigkeit.

„Mit diesem neuen Modul betreten wir erstmals die Welt der Simulation“, sagt Reinhart. „Für uns ist es ein beeindruckendes Beispiel, das uns zeigt, wozu die CT alles fähig ist. Wir stehen immer noch am Anfang einer Entwicklung. Die Anwendungsvielfalt der CT ist längst noch nicht ausgeschöpft, sie ist noch gar nicht absehbar.“

Das Anwendungsbeispiel schlechthin für Auswertungen mit den neuen Modulen sind Filter. Außer in der Technik gibt es Filter auch in der Natur. Die Geologen haben es häufig mit Bodenschichten zu tun, die genauso funktionieren. Ein Filterhersteller muss etwa wissen, welche Druckverluste sein Produkt in einem Flüssigkeitskreislauf verursacht. Ein Geologe fragt sich, wie lange es dauert, bis das Wasser oder Erdöl eine Bodenschicht durchdringt. Die Software liefert die Antworten.

Auch wenn poröse Werkstoffe in der Analyse auf hochkomplizierte Berechnungen führen, so will Volume Graphics die Module mit derselben Bedienerfreudlichkeit ausstatten wie seine anderen Produkte. Der Anwender profitiere außerdem von der bewährten VG Quality. Alle Berechnungen, welche die Heidelberger CT-Spezialisten in ihre Programme integrieren, setzen auf der Voxelebene an, auf den ursprünglichen CT-Modellen. Die verwendeten Algorithmen ermöglichen sogar subvoxelgenaue Auswertungen. Die Basis sind also immer die Daten, die aus dem Computertomographen kommen, keine bereits Fehler enthaltende Konvertierungsprodukte.

Volume Graphics Halle 3, Stand 3232