Tief in den Schaum blicken

Die Natur macht es vor: Der Kiel einer Vogelfeder ist hohl und trotzdem stabil – ein fester Knochen oder Holz ist nicht massiv, sondern besitzt eine luftige Innenstruktur. Die Leichtigkeit des Seins hat längst auch in der Werkstoffentwicklung Einzug gehalten: Mit Metallschäumen beispielsweise lassen sich leichte und doch feste Bauteile fertigen. Solche Materialien besitzen filigrane dreidimensionale Mikrostrukturen, die aus Teilchen, Poren und Stegverbindungen bestehen und die unter anderem das mechanische Verhalten bestimmen. Will man sie genauer untersuchen, offenbaren Anschliffe von Proben unter dem Lichtmikroskop jedoch nur einen zweidimensionalen Einblick. Bei hochporösen oder weichen Materialien versagt diese Methode gänzlich, da sie beim Schleifen und Polieren verändert werden.

Um feinste Strukturen in 3-D unter die Lupe nehmen zu können, wird deshalb zunehmend mit Röntgenstrahlung arbeitende Mikro-Computertomografie eingesetzt. Zwar existieren diverse Programme, die die 3-D-Daten am Bildschirm visualisieren. »Für Werkstoffforscher gab es bisher jedoch keine ausreichend entwickelte Software, mit der die Bilder analysiert werden können«, sagt Dr. Joachim Ohser von der Abteilung »Modelle und Algorithmen in der Bildverarbeitung« am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. Gemeinsam mit dem Berliner Unternehmen aquinto entstand das Softwarepaket »a4i 3d« – Applications for Imaging 3-D. Die Kombination der darin enthaltenen Bildverarbeitungs-Tools mit verschiedenen Analysemodulen ermöglicht einen flexiblen Einsatz bei vielen Problemstellungen. Ein Beispiel sind offenporige Schäume, über die in verschiedensten industriellen Bereichen Gase und flüssige Lösungen filtriert werden. Über die geometrischen Maße der Poren lässt sich ermitteln, mit welcher Rate sich Partikel bei einer Filtration abscheiden werden. »Für einen US-amerikanischen Süßwarenhersteller haben wir aber auch schon Marshmallows analysiert. Die Struktur des Zuckerschaums beeinflusst offenbar deren Geschmack«, erzählt Ohser schmunzelnd.

Ein handfesteres Beispiel sind offenzellige Keramiken. Bisher gab es für die Entwickler, Hersteller und Anwender kein geeignetes Analyseverfahren. »Nun können wir Form, Größe und Verteilung der Poren zuverlässig bestimmen«, betont Jörg Adler vom Bereich »Keramikfilter« des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS. »Projektpartnern können wir dank a4i 3d nun detaillierte Untersuchungen anbieten.«

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Dr. Joachim Ohser
Telefon 06 31 / 3 03-18 69
Fax 06 31 / 3 03-18 11

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Gottlieb-Daimler-Straße, Geb. 49
67663 Kaiserslautern

Jörg Adler
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Fraunhofer IKTS