Die schnellsten 3-D-Tomographiebilder der Welt wurden bei BESSY II veröffentlicht

15 schnellste Menschen der Welt! (Kann 2019).

Anonim

Ein HZB-Team hat an der EDDI-Beamline bei BESSY II einen genialen Präzisionsdrehtisch entwickelt und mit besonders schneller Optik kombiniert. So konnten sie die Bildung von Poren in Metallkörnern bei Schäumprozessen mit 25 tomographischen Bildern pro Sekunde dokumentieren - ein Weltrekord.

Die Qualität der Materialien hängt oft vom Herstellungsprozess ab. Beim Gießen und Schweißen zum Beispiel ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Schmelze verfestigt, und die resultierende Mikrostruktur der Legierung wichtig. Bei Metallschaumstoffen kommt es auch darauf an, wie der Schäumprozess genau abläuft. Um diese Prozesse vollständig zu verstehen, ist eine schnelle Sensorik erforderlich. Die bisher schnellsten 3-D-Tomographieaufnahmen wurden nun an der vom Helmholtz-Zentrum Berlin betriebenen Röntgenquelle BESSY II durchgeführt.

Dr. Francisco Garcia-Moreno und sein Team haben einen Drehtisch mit ultrastabiler Rotation um seine Achse mit konstanter Geschwindigkeit entworfen. Hohe Präzision ist entscheidend, denn ein Umlenken um die Rotationsachse oder gar minimale Abweichungen in der Rotationsgeschwindigkeit würden eine zuverlässige Berechnung der 3D-Tomographie verhindern. Während kommerziell verfügbare Lösungen, die mehrere hunderttausend Euro kosten, bis zu 20 tomographische Bilder pro Sekunde erlauben, konnten die Berliner Physiker eine deutlich günstigere Lösung entwickeln, die noch schneller ist.

"Meine beiden Doktoranden an der Technischen Universität Berlin haben die Probenhalter selbst auf der Drehbank hergestellt", sagt Garcia-Moreno, der gerne an kniffligen technischen Problemen arbeitet und selbst viel handwerkliches Geschick besitzt. Zusätzliche Komponenten wurden in der HZB-Werkstatt produziert. Darüber hinaus hatten Garcia-Moreno und seine Kollegin Dr. Catalina Jimenez bereits im Vorfeld dieser Arbeit spezielle Optiken für die schnelle CMOS-Kamera entwickelt, die eine simultane Beugung ermöglichten. Damit können ca. 2000 Projektionen pro Sekunde aufgenommen werden, aus denen insgesamt 25 dreidimensionale tomographische Bilder erstellt werden können.

Als erstes Beispiel untersuchte das Team Granulate von Aluminiumlegierungen, die beim Erhitzen zu einem Metallschaum werden. Dazu montierten sie eine leistungsstarke Infrarotlampe über dem Metallgranulat, um die Probe auf etwa 650 Grad Celsius zu erhitzen. Ein komplettes 3-D-Tomographiebild mit einer räumlichen Auflösung von 2, 5 Mikrometern (Pixelgröße) wurde alle 40 Millisekunden erzeugt. Die fast 400 tomographischen 3-D-Bilder erlauben nun eine detaillierte, zeitaufgelöste Analyse des eingetretenen Prozesses.

"Wir wollten ein besseres Verständnis dafür entwickeln, wie sich Poren in den Körnern bilden - ob sie auch die Granulatoberflächen erreichen und inwieweit dieser Prozess in den verschiedenen Granulaten variiert", erklärt Garcia-Moreno. Es handelt sich um eine Frage der Praxisrelevanz, die auch für die Industrie von Interesse ist. Dies liegt daran, dass Granulate von metallischen Verbindungen beim Schäumen kompliziertere Formen besser ausfüllen können als Schäume, die aus einem Metallblock hergestellt sind. Das Formteil ist jedoch nur dann belastbar, wenn sich die Körner beim Aufschäumen auch eng miteinander verbinden. Mit der bei BESSY II entwickelten ultraschnellen 3-D-Tomographie kann dies nun sehr genau beobachtet werden, ebenso wie eine Vielzahl anderer dynamischer Prozesse.

Da die EDDI-Beamline für das Upgrade von BESSY II auf BESSY-VSR abgebaut werden muss, hat Garcia-Moreno weitere Röntgenquellen kontaktiert und plant, diese Methode an diesen Standorten zu etablieren.

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