Höchste 3D-Auflösung für sichere Höhenflüge

Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart hat zwei Computertomographie-Anlagen (CT) von phoe-nix|x-ray in Betrieb genommen, die in dieser Kombination weltweit einzigartige Möglichkeiten der zerstörungs-freien 3D-Analyse von Hochleistungs-Verbundwerkstoffen bieten. Mit ihrer Hilfe lässt sich die innere Struktur auch komplexer Bauteile und Strukturen zerstörungsfrei untersuchen, um die hohen Qualitäts- und Sicherheitsstandards der Werkstoffe für die nächste Generation von Luft- und Raumfahrzeugen zu erfüllen.

Um weitere Gewichtseinsparungen zu erzielen, bestimmen neue Hochleistungsstrukturen unter Verwendung von Faserverbundwerkstoffen mit polymeren und keramischen Komponenten die Weiterentwicklung von Luft- und Raumfahrt. Mit solchen Werkstoffen stoßen die Stuttgarter DLR-Forscher in technologische Grenzbereiche vor. Um das Verhalten derartiger Werkstoffstrukturen hinsichtlich Lebensdauer und Sicherheit unter extremen Belastungen zu testen, spielen zerstörungsfreie Prüfmethoden eine wesentliche Rolle. „Mit der Möglichkeit zur CT-Analyse werden die zerstörungsfreien Prüfmethoden des Instituts durch eine Schlüsseltechnologie ergänzt, die sich in der Qualitätssicherung, der exakten, rekonstruierenden Abbildung von Bauteilen und der Entwicklung von neuen Strukturen immer mehr durchsetzt,“ erläutert Institutsleiter Prof. Dr. Heinz Voggenreiter und ergänzt: „Es gibt kein anderes Verfahren, mit dem man einen Spaziergang durch das Material machen könnte.“
Selbst komplexe Strukturen, die sich bei einer Durchstrahlungs-Untersuchung mittels zweidimensionaler Rönt-genmikroskopie überlagern würden, lassen sich mit Hilfe der 3D Computertomographie zweifelsfrei schichtweise analysieren. Jeder Unterschied innerhalb des Untersuchungsobjektes bezüglich Materialzu-sammensetzung, Dichte oder Porosität, der sich auf die Absorption der Röntgenstrahlung auswirkt, kann im 3D-Volumenbild visualisiert und analysiert werden. Dies macht exakte Aussagen über die räumliche Verteilung unterschiedlicher Stoffe, die Materialdichte oder die Lage von Fasern möglich, ohne das Untersuchungsobjekt zu zerstören. Auch im Gefüge auftretende Defekte wie Risse, Poren oder Lunker können nicht nur visualisiert, sondern beispielsweise auch bezüglich ihres Volumens vermessen werden.

Für derartige Analysen verfügt das Institut nun über zwei CT-Systeme von phoenix|x-ray, die sich in idealer Weise ergänzen. Bei beiden Anlagen garantieren eine granitbasierte Präzisionsmanipulation dauerhaft stabile Aufnahmebedingungen und ein hochauflösender Digitaldetektor mit dreifacher Messbereichserweiterung hohe Auflösungen auch bei größeren Proben. Zahlreiche Softwaremodule beispielsweise zur Reduzierung prinzipbe-dingter Artefakte sorgen für eine bestmögliche Qualität des 3D Volumens. Die CT-Großanlage „v|tome|x l 450" erlaubt die dreidimensionale Untersuchung komplex geformter Bauteile und großer struktureller Baugruppen mit einem scannbaren Durchmesser bis zu 800 mm. Der Tomograph verfügt über zwei Röntgenröhren ver-schiedener Bauart: Die 450 kV Makrofokus-Röntgenröhre kann mit ihrer hohen Leistung auch massive Metallbauteile durchstrahlen. Demgegenüber bietet die 240 kV Mikrofokus-Röntgenröhre die Möglichkeit, komplexe Bauteile aus Kunststoff, Keramik, Leichtmetall und Faserverbundwerkstoffen mit einer Auflösung von <2 µm auf ihre innere Struktur und eventuelle Fehlstellen hin zu untersuchen. Eine detaillierte, zerstörungsfreie Untersuchung an kleinsten elektronischen Bauelementen und Materialproben erlaubt das kompakte Labor-CT-System nanotom®. Seine 180 kV high-power nanofocus™-Röntgenröhre mit ihrem extrem kleinen Brennfleckdurchmesser kann auch bei sehr hohen Vergrößerungen ein scharfes Abbild der inneren Struktur des zu untersuchenden Werkstoffs erzeugen. Mit Voxelauflösungen kleiner als 500 Nano-meter dringt das nanotom® in Bereiche vor, die bisher teurer und aufwändiger Synchrotron-Technologie vorbehalten waren. Dies erklärt seine Attraktivität gerade im Bereich der Elektronik und Materialforschung – so verfügt das DLR auch an seinem Hauptsitz in Köln über ein weiteres nanotom®. Auf der diesjährigen Control in Stuttgart hat phoenix|x-ray das nanotom® und die Möglichkeiten, die die hochauf-lösende Computertomographie für das Dimensionelle Messen bietet vorgestellt. Beide phoenix|x-ray CT-Systeme im Überblick: v|tome|x l 450
Röntgenröhren:
240 kV Mikrofokus +
450 kV Makrofokus

Flächendetektor 2048 x 2048 Pixel à 200 µm (16 Bit)
Min. Voxelgröße < 2 µm
Erfassbarer Bauteilbereich (3D-CT) Ø 800 mm, H 1000 mm
Max. Bauteilgewicht 100 kg

nanotom®
Röntgenröhren 180 kV high-power nanofocus™
Flächendetektor 2300 x 2300 Pixel à 50 µm (12 Bit)
Min. Voxelgröße < 500 nm (0,5 µm)
Erfassbarer Bauteilbereich (3D-CT)Ø 120 mm, H 150 mm
Max. Bauteilgewicht 1 kg

Über phoenix|x-ray Systems + Services:
phoenix|x-ray ist ein führender Hersteller von hochauflösenden 2D-Röntgeninspektions-Systemen und 3D-Computertomographen. Das Unternehmen wurde 1999 gegründet und beschäftigt heute weltweit über 100 Mitarbeiter. Am Hauptsitz in Wunstorf bei Hannover befindet sich neben der Forschung und Entwicklung auch die gesamte Röhren- und Anlagenfertigung. Applikations- und Dienstleistungszentren von phoenix|x-ray befinden sich in Stuttgart, München, St. Petersburg (USA) und Manila (Philippinen); weitere in Frankreich, den USA und China werden in den kommenden Monaten eröffnet. Als „Center of Excellence“ für CT sowie Mikroelektronik- und materialwissenschaftliche Anwendungen ist phoenix|x-ray Teil von GE Sensing & Inspection Technologies.

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