Hochauflösende Computertomographie eines 3D-gedruckten Kunststofflaufrads durch die FF35 CT Metrologie Das System mit anschließendem Soll-Ist-Vergleich mit dem CAD-Modell liefert klare Einblicke in die inneren Strukturen und zuverlässige Ergebnisse. Dies lässt sich innerhalb der kurzen Zeit von 2 Minuten und 18 Sekunden mithilfe eines automatisierten Auswertungsalgorithmus erreichen.

CAD-Modell (links) – Foto des Kunststoff-Laufrads (Mitte) – Soll-Ist-Vergleich (rechts)

Tiefgehende Analyse innerer Strukturen

Was leisten die universellen UX20-Röntgensysteme mit der neuen MesoFocus-Röhre?
Wir haben ein Testprojekt mit demselben 3D-gedruckten Laufrad aus Aluminium gestartet.

Die Röntgentechnologie ermöglicht konkrete Einblicke in das Innere von Objekten, und die Computertomographie (CT) erzeugt dreidimensionale virtuelle Zwillinge der gescannten Proben. Dies erlaubt detaillierte Inspektionen und Messungen an jedem beliebigen Punkt innerhalb ihrer inneren Strukturen. Früher wurde die industrielle Röntgentechnologie hauptsächlich zur Erkennung von Defekten in Bauteilen und damit zur Sicherstellung der Produktqualität eingesetzt. Die moderne Computertomographie ermöglicht detaillierte Materialanalysen und unterstützt so Produktion sowie Forschung und Entwicklung. Dank der breiten Palette an Komponenten und Funktionen, die auf dem Markt erhältlich sind, bietet sie Lösungen für nahezu alle Inspektionsanforderungen: moderne Röntgenröhren bis zu 600 kV mit verschiedenen Brennfleckgrößen; hochauflösende Flachdetektoren für Kegelstrahl- und Liniendetektoren für Fächerstrahlscans; zahlreiche Manipulationsachsen für optimale Radioskopie; verschiedene Sichtfelderweiterungen für größere Objekte; Bildverbesserungssoftware zur Reduzierung von CT-Artefakten. Modernste Technologie auf mechanischer und Softwareebene gewährleistet zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse selbst im Nanometerbereich.

Die Analyse und Messung der inneren Strukturen eines Objekts hat insbesondere im Kontext neuer additiver Fertigungsverfahren stark an Bedeutung gewonnen. Mit 3D-Druck lassen sich Geometrien erzeugen, die mit keiner anderen Fertigungstechnologie realisierbar sind. Ursprünglich in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie zur Material-, Gewichts- und damit Kraftstoffeinsparung eingesetzt, ist die strukturelle Vielfalt heute mindestens genauso relevant, wenn nicht sogar noch wichtiger. Um die Qualität und Sicherheit dieser Strukturen zu überprüfen, ist ein Blick in ihr Inneres erforderlich, idealerweise zerstörungsfrei. Gleiches gilt für die Bewertung von Fertigungsverfahren. Hier gehen additive Fertigung und Computertomographie von der Forschung über die Entwicklung bis zur Produktion Hand in Hand. Neben der Fehleranalyse bilden detaillierte Messaufgaben die Grundlage für die Überprüfung von Stabilität und Funktionalität.

Ungeachtet der Technologie gelten für jedes Produkt die höchsten Präzisionsstandards. Metrologie System. Die Systeme FF20 CT Metrologie Und FF35 CT Metrologie Sie sind auf optimale Stabilität und Temperaturbeständigkeit ausgelegt, um präziseste und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Sie entsprechen der VDI/VDE 2630 „Richtlinie für die Anwendung der DIN EN ISO 10360 für Koordinatenmessgeräte mit CT-Sensoren“. FF35 CT Metrologie Das in diesem Projekt verwendete System hat einen maximal zulässigen Fehler von MPESD = 5,9 µm + L/75. Wir wollten wissen, wie sich das im Vergleich zu FF35 CT Metrologie Unser universelles Röntgen- und CT-System UX20 erfüllt höchste Ansprüche bei Messaufgaben. UX20 ist primär für den Einsatz in der Produktion unter rauen Umgebungsbedingungen konzipiert, zeichnet sich aber durch sein kompaktes Design und seine Benutzerfreundlichkeit aus. Geminy Die Betriebssoftware bietet viele Vorteile für Laboranwendungen im Medium

In Schritt zwei wurde dasselbe Laufrad zehnmal gescannt, jeweils mit denselben Einstellungen in der UX20, die mit der neuen Comet MesoFocus 225-kV-Röhre ausgestattet ist. Diese bietet mit ihren drei Fokusgrößen von 50 µm, 100 µm und 200 µm eine Auflösung bis zu 25 µm. Der optimale Fokus für das Laufrad betrug 100 µm. Jedes 3D-Volumen wurde dann mithilfe eines bewährten Algorithmus mit dem Golden Surface Mesh verglichen. Um das bestmögliche Ergebnis zu ermitteln, erfolgten die Vergleiche geometriebasiert und gewichtet. Das hellgrüne Volumen zeigt den sogenannten „Best Fit“.

Im dritten Schritt wurden 15 Regionen von Interesse (ROI) mit einer jeweiligen Fläche von 5 x 5 mm definiert, in denen Wandstärkenmessungen durchgeführt wurden. Dabei wurden jeweils die kleinste und größte Wandstärke pro Bereich ermittelt, die jeweiligen Ergebnisse gemittelt und mit dem Referenz-Oberflächennetz (Golden Surface Mesh) abgeglichen.

Das folgende Diagramm wurde generiert, in das die Messkurve des Golden Surface Mesh der FF35 CT als Referenz eingeblendet wurde. Die geringen Abweichungen bewegten sich exakt im erwarteten Rahmen.

Zur Verifizierung wurden drei weitere Scans mit dem Zeilendetektor im CT-System FF85 durchgeführt. Die schichtweisen Scans mit einem Zeilendetektor erzeugen minimale Artefakte und gelten daher bei Messungen als zuverlässiger. Ein kompletter Scan für ein 3D-Volumen ist jedoch wesentlich zeitaufwendiger. Wenn es jedoch darum geht, nur bestimmte Regions of Interest zu erfassen, ist das Scannen einer Ein-Pixel-Schicht die schnellste Alternative.

[Analysesoftware VGSTUDIOMAX 3.5]

Porositätsanalyse

Rauheitsanalyse

[Analysesoftware MountainsMap]

GD&T (Geometrische Dimensionierung und Tolerierung)

Soll-Ist-Vergleich

In diesem Soll-Ist-Vergleich werden die 3D-Volumina der FF35 CT und der UX20
überlagert, wodurch das erwartete abweichungsfreie Ergebnis erzielt wird.

Dieses Projekt gibt einen guten Einblick in die Herausforderung, additiv gefertigte Bauteile zu messen, und veranschaulicht die vielfältigen Möglichkeiten, die Anwendern unserer Röntgentechnologie zur Verfügung stehen. Form- und Lageauswertungen, Poren- und Lunkeranalysen, die Bestimmung der Oberflächenrauheit, Delaminations- und Röntgenanalysen sowie die Prüfung auf Pulverreste gehören zu den relevanten Prüfroutinen.

Schwer oder gar nicht zugängliche Bereiche, die andernfalls mit herkömmlichen Messgeräten wie einer taktilen Koordinatenmessmaschine oder optischen 3D-Scannern gemessen würden, lassen sich mit der Röntgen-CT zeitsparend erfassen, wodurch typische Antastfehler vermieden werden. Eine Vorbehandlung der Bauteile oder eine komplexe Positionierung ist nicht erforderlich.

Die Referenzformation mit unserem präzisen FF35 CT Metrologie Das System und der Vergleich mit unserem universellen Röntgen- und CT-System UX20 zeigten, dass UX20 perfekt geeignet ist für Metrologie Aufgaben je nach Kundenspezifikation. Obwohl UX20 primär für radiografische Prüfungen in rauen Produktionsumgebungen entwickelt wurde, verfügt es über hervorragende CT-Funktionen und kann zuverlässig durchgeführt werden. Metrologie Aufgaben, die das Anwendungsspektrum weiter vergrößern.

von Christian Johanns und Christopher Zepp