Höchste 3D-Auflösung für sichere Höhenflüge: Einzigartige CT-Systemkombination zur 3D-Analyse von Hochleistungswerkstoffen am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
30.03.2008 -
Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart hat zwei Computertomographie-Anlagen (CT) von phoenix|x-ray in Betrieb genommen, die in dieser Kombination weltweit einzigartige Möglichkeiten der zerstörungsfreien 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 Röntgenmikroskopie überlagern würden, lassen sich mit Hilfe der 3D Computertomographie zweifelsfrei schichtweise analysieren. Jeder Unterschied innerhalb des Untersuchungsobjektes bezüglich Materialzusammensetzung, 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 gemessen 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 prinzipbedingter 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 verschiedener 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 Nanometer 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®.
