GeoDict Quantify – Anwendungsbeispiele
Fortgeschrittene Quantifizierung und Visualisierung von 3D-Materialstrukturen
erstellt von Anton Du Plessis, Ph. D.
Von 3D-Bilddaten zu quantitativen Erkenntnissen
GeoDict Quantify ist ein Softwarepaket, das bildbasierte Analyse, detaillierte Quantifizierung und anschauliche 3D-Visualisierung von Mikrostrukturen kombiniert, die mittels Mikro-CT, FIB-SEM und anderer 3D-Bildgebungsverfahren gewonnen wurden.
1. Importieren und vorbereiten
Arbeiten Sie mit segmentierten 3D-Bilddaten und wählen Sie die zu analysierende Materialphase oder das zu analysierende Merkmal aus.
2. Messen
Bestimmen Sie die Dicke, die Fasern, die Poren, die Vernetzung, die Partikel und die Abweichungen von der nominalen Geometrie.
3. Interpretieren
Kombinieren Sie farbcodierte 3D-Felder mit Verteilungen und Zusammenfassungswerten, um eine klare quantitative Bewertung zu erhalten.
Wandstärke
Die lokale Wandstärkennanalyse ist ein wichtiger Qualitätsparameter zur Bewertung von Dickenabweichungen bei Beschichtungen, Schichten und Fertigteilen mit festgelegten Dickenanforderungen. Diese Funktion ist im MatDict-Modul verfügbar.
In diesem Beispiel ist eine additiv gefertigte Probe entsprechend ihrer lokalen Dicke farblich gekennzeichnet.
Der größte Teil des Probekörpers weist eine Dicke von etwa 0,9 mm auf (grün), was sich im Hauptpeak des Dickenverteilungsdiagramms widerspiegelt.
Sekundärpeaks bei etwa 1,2 mm und 1,4 mm entsprechen den inneren und äußeren Verbindungsstellen zwischen den Wänden, die in Orange und Rot dargestellt sind.
Faser-/Verbundwerkstoffanalyse
Die Faseranalyse dient der Charakterisierung von Fasermaterialien und Verbundwerkstoffen durch die Messung von Eigenschaften wie Faserausrichtung, Länge, Durchmesser und Krümmung mithilfe des FiberFind-Moduls.
In diesem Beispiel werden Metallfasern in einer Betonprobe hinsichtlich ihrer Ausrichtung zur Z-Achse analysiert. Fasern, die parallel zur Z-Achse verlaufen, werden blau dargestellt, während senkrecht dazu verlaufende Fasern rot dargestellt werden.
Für die 357 in dieser Probe identifizierten Fasern ergibt die Analyse eine mittlere Länge von 3,67 cm, einen mittleren Durchmesser von 774 μm und eine mittlere Krümmung von 0,53 cm⁻¹, zusammen mit den entsprechenden statistischen Verteilungen.
Porosität
Die Porositätsanalyse ist eine der häufigsten Anwendungen von Mikro-CT-Daten. Diese wird
im PoroDict-Modul behandelt.
In diesem Beispiel weist ein additiv gefertigter Metallwürfel mit einer Kantenlänge von 10 mm Poren mit einem Durchmesser von bis zu 0,277 mm auf.
Die Poren sind je nach Größe farblich gekennzeichnet, während statistische Verteilungen Aufschluss über Porengröße
und -form geben, darunter Äquivalent- und eingeschriebene Kugeldurchmesser, das Seitenverhältnis und die Sphärizität.
Verbundene Porosität und Tortuosität
Die Konnektivität ist ein wichtiger Parameter bei Strukturen mit großen, offenen Porenräumen. Im PoroDict-Modul stehen zudem Werkzeuge zur Quantifizierung der verbundenen Porosität zur Verfügung.
Die geodätische Tortuosität misst die Komplexität der Wege durch die Mikrostruktur. Die mittlere Tortuosität beträgt 1,017 bei einer mittleren Weglänge von 5,92 mm.
Der Perkolationsweg bestimmt die größte Kugel, die durch die Mikrostruktur hindurchpassen kann. Hier beträgt der Perkolationsdurchmesser 0,79 mm bei einer Weglänge von 8,56 mm.
Partikel-/Pulveranalyse
Mit dem GrainFind-Modul lassen sich Partikel, Körner und Pulver einer 3D-Analyse unterziehen.
In diesem Beispiel trennt „Identify Grains“ einzelne Partikel voneinander und schließt dabei diejenigen aus, die die Grenzen des Datensatzes berühren, um Messungen unvollständiger Körner zu vermeiden. Die Partikel werden einzeln visualisiert und je nach Größe farblich gekennzeichnet.
Die Analyse identifiziert 1.411 Körner mit den Partikelgrößen D10 = 20,6 μm, D50 = 30,7 μm und D90 = 59,2 μm.
Die Verteilungen der Partikelgröße und des Aspektverhältnisses liefern weitere statistische Charakterisierungen.
Abweichung zwischen Soll- und Istwert
Der Vergleich von Mikro-CT-Daten mit einer Nennkonstruktion hilft dabei, Abweichungen von der erwarteten Geometrie zu identifizieren und zu visualisieren. Diese Funktion ist im MatDict-Modul verfügbar.
In diesem Beispiel werden die tatsächliche und die Sollgeometrie mithilfe der „Euclidean Distance Transform“ in MatDict ausgerichtet und verglichen. Abweichungen werden auf der Oberfläche farblich gekennzeichnet: Rot steht für Materialüberschuss, während Blau Bereiche anzeigt, die unterhalb der Sollgeometrie liegen.
Dadurch lassen sich Maßabweichungen besonders in kritischen Bereichen eines Bauteils leicht lokalisieren und bewerten.
Autoren des Artikels
Anton Du Plessis, Ph.D.
ist Director of Business Development, EMEA bei Math2Market.
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