Transformieren und optimieren von 3D-Voxelbildern

Crop reduziert das 3D-Bild auf eine definierte Region of Interest (ROI) und entfernt dabei irrelevante Bereiche wie leeren Raum außerhalb des Materials – ein wesentlicher Schritt für effiziente und präzise Strömungssimulationen. Embed hingegen vergrößert das Bild, indem beispielsweise Ein- oder Auslässe hinzugefügt werden, etwa um eine Geometrie für Filtersimulationen vorzubereiten.

Mirror und Repeat können eine Geometrie vergrößern, indem sie diese entlang ausgewählter Achsen spiegeln oder duplizieren. Diese Operationen sind nützlich, um symmetrische Strukturen zu erstellen, größere Simulationsdomänen abzudecken oder periodische Randbedingungen zu modellieren.

Die Zuweisung der richtigen Konstituenten-Materialien und damit der korrekten Materialeigenschaften ist entscheidend, um genaue Simulationsergebnisse zu erzielen. Dies kann mit Reassign Material ID erfolgen, das das Voxel-Label einer Region ändert, oder mit Reassign Material, das direkt die zugehörigen Materialeigenschaften setzt. Diese Werkzeuge stellen sicher, dass die Geometrie ihre tatsächlichen physikalischen Eigenschaften widerspiegelt und realistische Berechnungen in nachfolgenden Analysen möglich sind.

Dilate und Erode verändern die Geometrie, indem Materialphasen auf Voxel-Ebene erweitert oder verkleinert werden. Dilate vergrößert einer Phase, was nützlich ist, um kleine Lücken zu schließen oder Verbindungen zu verstärken, während Erode eine Phase reduziert, um dünne Brücken zu entfernen oder einzelne Strukturen zu isolieren. Diese Operationen werden häufig eingesetzt, um Scandaten zu verfeinern, Porengrößen anzupassen oder Geometrien für stabilere und repräsentativere Simulationen vorzubereiten.

Cleanse Structure entfernt kleine, unerwünschte Materialbestandteile, die beim Import entstehen können und eher Artefakte als echte Materialmerkmale darstellen. Das Beseitigen dieser Artefakte ist entscheidend, um saubere und präzise Geometrien zu erhalten, da ihre Anwesenheit nachfolgende Simulationen stören kann – beispielsweise die Genauigkeit von Strömungsberechnungen, die mit FlowDict durchgeführt werden.

Mit Add Binder können realistische Binderverteilungen zu einem bestehenden 3D-Mikrostrukturmodell hinzugefügt werden. Die Binderverteilung kann anisotrop sein und einer Gradientenverteilung folgen.

Flood Fill Large Pores identifiziert und trennt große Porenbereiche von kleineren innerhalb einer 3D-Struktur. Dies ist besonders nützlich, um Innenporen von äußeren Hohlräumen zu unterscheiden, beispielsweise bei der Analyse eines 3D-Bildes einer Tablette. Durch die klare Abgrenzung dieser Bereiche ermöglicht die Operation eine genauere strukturelle Charakterisierung und eine gezielte Analyse der Porengrößenverteilung.

Invert Structure vertauscht Material- und Porenraum innerhalb der Geometrie und ermöglicht so alternative Analysen, wie z. B. die Untersuchung von Hohlraumnetzwerken anstelle fester Phasen. Create Empty Structure erzeugt ein vollständig leeres Volumen mit vorgegebenen Abmessungen, das als Ausgangsbasis für den Aufbau neuer Geometrien oder das Einbetten bestehender Strukturen dient.

Die Optionen Permute, Rotate und Mirror richten ein 3D-Voxelbild neu aus, um den Anforderungen einer späteren Analyse zu entsprechen, beispielsweise durch Ausrichtung der Struktur an der Strömungsrichtung in FilterDict oder der Laderichtung in BatteryDict. Die korrekte Orientierung stellt sicher, dass Simulationen physikalisch relevante Bedingungen widerspiegeln und genauere sowie vergleichbare Ergebnisse liefern.

Compress verringert den Porenanteil im 3D-Bild und erhöht dadurch den Feststoffvolumenanteil (SVP). Diese Operation kann genutzt werden, um die leichte Kompression von Strukturen wie Vliesstoffen oder Gasdiffusionsschichten (GDL-Geometrien) zu modellieren. Mark Components findet und markiert einzelne, zusammenhängende Bereiche innerhalb der Struktur und ermöglicht dadurch gezielte Modifikationen, phasenspezifische Analysen oder die Isolierung individueller Gebiete für weiterführende Untersuchungen.

Rescale passt die Auflösung eines 3D-Bildes an, indem die Voxellänge vergrößert oder verkleinert wird. Dadurch lässt sich entweder eine höhere Detailgenauigkeit für präzisere Simulationen erzielen oder eine gröbere Auflösung wählen, um den Rechenaufwand zu reduzieren.