Was den Schaum im Innersten zusammenhält …

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickelt Software zur Verarbeitung und Analyse von 3D-Bildern komplexer Mikrostrukturen.

… das lässt sich jetzt genau analysieren mit einer neuen Software, die gemeinsam vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern und der aquinto AG in Berlin entwickelt wurde. Seit mehreren Jahren kooperieren die beiden Partner auf dem Gebiet der Verarbeitung und Analyse von Bildern, die durch mikroskopische Verfahren von Mikrostrukturen verschiedenster Materialien entstehen.
Ein Schwerpunkt der Zusammenarbeit ist die Verarbeitung und Analyse von dreidimensionalen Bildern, die durch Mikrotomographie aufgenommen werden.

Mikrostrukturen sind in der Regel dreidimensional; aus zweidimensionalen Aufnahmen von ebenen Anschliffen bzw. Dünnschliffen poröser Materialien kann nicht oder nur mit erheblichen Aufwand die 3D-Mikrostruktur rekonstruiert werden. Mikrotomographie ist dagegen das adäquate Abbildungsverfahren für 3D-Mikrostrukturen, denn damit entfällt die schwierige Präparation von Anschliffen und Dünnschliffen weicher, brüchiger oder hoch poröser Materialien wie Keramik- und Metallschäumen.
Durch die schnelle Entwicklung der Mikrotomographie entstehen sehr viele 3D-Bilder. Es gibt seit einiger Zeit leistungsfähige Verfahren zur Visualisierung der entsprechenden 3D-Datensätze. Diese Verfahren schließen in der Regel auch Komponenten der Bildverarbeitung mit ein. Es gab bisher jedoch kein kommerzielles System, das die Verarbeitung und Analyse von 3D-Bildern komplexer Mikrostrukturen ermöglicht.
Im der Zusammenarbeit des ITWM mit der aquinto AG ist jetzt endlich ein solches Produkt entstanden: a4i 3d, appications for imaging. Der erste Anwender der neuen Software ist ein anderes Fraunhofer-Institut, nämlich das für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS in Dresden.
Die Software wird dort zur Analyse von offenporigen Schäumen eingesetzt, die im Institut für die Industrie entwickelt werden. Offenporige Schäume kommen beispielsweise in Filtern vor; über die Steggröße der Poren lässt sich die Größe der Partikel bestimmen, die den Filter durchfließen können. Mit der neuen Software lassen sich geometrische Kenngrößen wie Steglänge, Porenanzahl und -größe in Schäumen bestimmen.

Hauptbestandteile der Software sind Module zur flexiblen Segmentierung und zur sorgfältigen Vermessung der Geometrie von Bildsegmenten. Die hohe Modularität gestattet die Lösung verschiedenster bildanalytischer Probleme aus Industrie und Forschung.
Bilder von Mikrostrukturen folgender Materialien können analysiert werden:
– kompakte mehrphasige metallische und keramische Werkstoffe, Verbundwerkstoffe
– offen- und geschlossenporige Materialien,
– Baustoffe (Porenbetone, Feuerbetone),
– Lebensmittelschäume
– Holz
– Textilien, Vliese (die z.B. als Filtermaterialien eingesetzt werden)
– biologische bzw. medizinische Strukturen
Diese hohe Modularität stellt sicher, dass das neue Softwareprodukt viele weitere Anwendungsfelder findet. Auf jeden Fall wird es die weltweite Etablierung von dreidimensionalen Abbildungsmethoden wie der Mikrotomographie beschleunigen.