Digitaler Zwilling eines Aluminiumschaums

Analyse des Porenraums eines offenzelligen Aluminiumschaums, Modellierung eines digitalen Zwillings auf Basis der Porengrößen sowie Ermittlung verschiedener Eigenschaften

Offenzellige metallische Werkstoffe, wie z. B. Schäume oder Gitterstrukturen, werden maßgeblich durch die Gestaltung ihres Porenraums definiert. Eine Analyse dieses Porenraums ist daher von großer Bedeutung. Diese kann statt in aufwendigen Versuchen auch rein digital in GeoDict durchgeführt werden. Das genaue Vorgehen zeigen wir hier am Beispiel eines offenzelligen Schaums. Basis für das dreidimensionale Modell des Schaums ist ein CT-Scan, der in GeoDict importiert und segmentiert wurde. Anschließend wurde der Porenraum analysiert. Das Ergebins wurde dann zur Erstellung eines statistischen digitalen Zwillings des Schaums verwendet.

Dieser vollparamterisierte digitale Zwilling wurde dann für eine digitale Parameterstudie genutzt. So konnte der Einfluss des Stegdurchmessers auf folgende Eigenschaften analysiert werden:

  • Permeabilität
  • elektrische Leitfähigkeit
  • Steifigkeit

     

    Dieser Workflow kann für Werkstoffe, die mittels der verschiedensten Fertigungsverfahren hergestellt werden, genutzt werden:

    • Lasersintern
    • Gießen
    • Schäumen
    • Beschichten von PU-Schäumen mit Metallen

    Was bedeutet das für Sie als Kunden?

    • Sie können Ihre offenzellige metallischen Werkstoffe in GeoDict analysieren
    • Sie können Ihren Werkstoff digital weiterentwickeln ohne alle Varianten herstellen zu müssen.
    • GeoDict eröffnet Ihnen ganz neue Möglichkeiten der Materialentwicklung sowie eine deutliche Verkürzung der Entwicklungszeit
    • Schonen Sie Ressourcen, indem Sie nur die vielversprechendsten Materialprototypen herstellen.

    Autoren und Anwendungsspezialisten

    Dr.-Ing. Martina Hümbert

    Senior Business Manager
    for Digital Materials R&D

    Andreas Grießer, M.Sc.

    Senior Business Manager
    for Image Processing and Image Analysis

    Dr.-Ing. Oliver Rimmel

    Business Manager
    for Digital Materials R&D

    Teil 1: Bildverarbeitung und Bildanalyse

    Vorgehensweise

    Zunächst wurde der Scan eines offenzelligen Aluminiumschaums nach GeoDict importiert und segmentiert. Im Anschluss wurden die Poren im GeoDict-Modul PoroDict mit einem Watershed-Algorithmus identifiziert. Diese Identifikation funktioniert sehr gut, obwohl die Zellen der Schaumproben recht offen sind. Nur Poren, die sich nicht mit der Domänengrenze schneiden, wurden analysiert, da die Poren, die an der Grenze abgeschnitten werden, die Ergebnisse verfälschen.

    Teil 2: Erstellung eines statistischen digitalen Zwillings

    Vorgehensweise

    Auf Basis der zuvor ermittelten Porengrößenverteilung des Scans wurde ein statistischer digitaler Zwilling des Schaums erstellt. Dazu wurden im Modul FoamGeo die Porengrößenverteilung sowie der Porengehalt vorgegeben. Der statistische digitale Zwilling ist dabei nicht identisch zum aus dem Scan erzeugten Modell, hat aber die gleichen statistischen Eigenschaften. Zum Abgleich wurden im Anschluss die Porengrößenverteilung sowie die Permeabilität von Scan und Zwilling verglichen.

    Vergleich Scan und statistischer digitaler Zwilling

    Teil 3: Digitale Parameterstudie

    Vorgehensweise

    Auf Basis der zuvor ermittelten Porengrößenverteilung des Scans wurde ein statistischer digitaler Zwilling des Schaums erstellt. Dazu wurden im Modul FoamGeo die Porengrößenverteilung sowie der Porengehalt vorgegeben. Die Porengrößenverteilung sollte dabei konstant bleiben, der Porengehalt wurde variiert (Feststoffanteil (SVF) von 10 %, 13 %, 17 %, 20 %). Der statistische digitale Zwilling ist dabei nicht identisch zum aus dem Scan erzeugten Modell, hat aber die gleichen statistischen Eigenschaften. Zum Abgleich wurden im Anschluss die Porengrößenverteilung sowie die Permeabilität von Scan und Zwilling verglichen.

    Vergleich Scan und statistischer digitaler Zwilling

    Weitere Informationen

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