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Die thermische Leistungsfähigkeit moderner elektronischer Systeme ist maßgeblich von der Geometrie und Integrität eingesetzter Kühlkörper (Heatsinks) abhängig. Im vorliegenden Beispiel wurde ein additiv gefertigter Heatsink mittels hochauflösender Mikro-Computertomographie (µCT) bei einer Voxelgröße im Mikrometerbereich analysiert, um sowohl die äußere Struktur als auch die inneren Geometrien zerstörungsfrei zu charakterisieren. Die komplexe, gitterartige Architektur mit geschwungenen Stegen und variierenden Wandstärken stellt hohe Anforderungen an die Fertigungsqualität sowie an die messtechnische Erfassung.
Die Volumenrenderings zeigen deutlich die feinen, periodischen Strukturen des Heatsinks sowie potenzielle fertigungsbedingte Abweichungen, wie lokale Wandstärkenvariationen oder Unregelmäßigkeiten an Knotenpunkten. Durch die transparente Darstellung können zusätzlich innere Strukturen und verdeckte Bereiche analysiert werden, die für konventionelle optische Verfahren nicht zugänglich sind. Die µCT ermöglicht somit eine umfassende Bewertung der Bauteilqualität und liefert gleichzeitig die Grundlage für simulationsgestützte Optimierungen hinsichtlich Wärmeübertragung und mechanischer Stabilität. Solche Analysen sind insbesondere für die Entwicklung effizienter Kühlkonzepte in der Leistungselektronik und additiven Fertigung von zentraler Bedeutung.
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Die Bestimmung der räumlichen Auflösung stellt einen zentralen Qualitätsparameter in der mikrocomputertomographischen Bildgebung dar. Zur quantitativen Evaluierung wurde ein hochpräzises QRM-Auflösungsphantom bei einer Voxelgröße von 1 µm untersucht. Das Phantom enthält definierte Linien- und Punktstrukturen mit variierenden Frequenzen, die eine direkte Beurteilung der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) sowie der detektierbaren Grenzauflösung ermöglichen. Durch die Analyse der feinsten noch eindeutig trennbaren Linienpaare konnte die effektive Systemauflösung unter realistischen Messbedingungen bestimmt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer nominellen Voxelgröße von 1 µm eine klare Differenzierung hochfrequenter Strukturen möglich ist, wobei systembedingte Einflüsse wie Fokusgröße der Röntgenquelle, Detektorrauschen und Rekonstruktionsparameter die effektive Auflösung limitieren. Ergänzend wurden Grauwerthistogramme und Linienprofile ausgewertet, um Kontrast- und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR/CNR) in Abhängigkeit der Strukturgröße zu charakterisieren. Die Verwendung standardisierter Phantome ermöglicht somit eine reproduzierbare und vergleichbare Bewertung der Bildqualität und bildet eine wesentliche Grundlage für die Optimierung von Scanparametern sowie für Anwendungen im Bereich der hochauflösenden Werkstoffcharakterisierung.
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Im Rahmen der Aktivitäten im Bereich Messtechnik und Automatisierungstechnik wurden experimentelle Untersuchungen an einem sensorbasierten Messaufbau durchgeführt, der auf die computergestützte, multimodale Erfassung und Integration von Sensordaten (u. a. Temperatur und bildgebende Verfahren) ausgerichtet ist. Als Demonstratoren dienen Miniatur-Elektromotoren, wie sie in der Elektrotechnik und Mobilität weit verbreitet sind, beispielsweise in Lüftern oder Kühlaggregaten. Im Fokus stehen Dauerbelastungstests unter realitätsnahen Betriebsbedingungen, um die mechanische und thermische Beanspruchung während des Einsatzes gezielt zu analysieren. Die kontinuierliche Erfassung und Korrelation der Sensordaten ermöglicht dabei eine detaillierte Bewertung des Betriebsverhaltens sowie die Identifikation kritischer Belastungszustände.
Zur ergänzenden strukturellen Analyse werden die Motoren in definierten Intervallen mittels Mikro-Computertomographie untersucht, wobei Aufnahmen mit einer Voxelgröße von 50 µm durchgeführt wurden. Ziel ist die zerstörungsfreie Detektion und Quantifizierung von schädigungsrelevanten Veränderungen im Inneren der Bauteile, insbesondere in Komponenten mit hohem Kupferanteil, deren Bildgebung aufgrund starker Absorption und Artefaktbildung eine messtechnische Herausforderung darstellt. Die gewonnenen µCT-Daten liefern eine hochaufgelöste Grundlage zur Korrelation von Betriebszuständen und mikrostrukturellen Veränderungen.
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Die Mikro-Computertomographie (µCT) ermöglicht eine zerstörungsfreie, dreidimensionale Analyse von Elektrolytkondensatoren (ELKOs) mit hoher Detailtreue. Die vorliegenden Scans wurden bei einer Voxelgröße von 10 µm durchgeführt, wodurch der charakteristische, spiralförmige Lagenaufbau aus Anoden- und Kathodenfolien sowie Separatoren klar und kontrastreich sichtbar wird. Diese hohe strukturelle Auflösung erlaubt eine präzise Bewertung der Wickelhomogenität, lokaler Defekte und potenzieller Delaminationen innerhalb des komplexen Schichtsystems.
Im PEMOWE-Projekt werden diese µCT-Daten gezielt zur Generierung von Trainingsdatensätzen für datengetriebene Super-Resolution-Ansätze genutzt. Durch die Kombination hochaufgelöster Referenzdaten mit künstlich degradierten Datensätzen können robuste Modelle zur Rekonstruktion feiner Mikrostrukturen entwickelt werden. Gleichzeitig ermöglicht die µCT die Analyse von Veränderungen im Lagenaufbau infolge zyklischer elektrischer Belastung, beispielsweise durch Materialdegradation, Gasbildung oder strukturelle Umlagerungen, und liefert damit wertvolle Erkenntnisse zum Alterungs- und Ausfallverhalten von ELKO-Kondensatoren.
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Die gezeigte µCT-Aufnahme visualisiert das vollständige Innenleben eines kompakten 5V-Schaltnetzteils in hoher Auflösung. Deutlich erkennbar sind zentrale Bauteile wie die Transformator-Wicklung, Drosselspulen, Kondensatoren, Leistungshalbleiter und Sicherungselemente. Der Steckerbereich mit Lötpins und Leiterbahnen ist ebenso sichtbar wie die galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärseite – ein zentrales Sicherheitsmerkmal von Netzteilen.
Durch die dreidimensionale Darstellung lassen sich mögliche Fertigungsfehler wie kalte Lötstellen, Lufteinschlüsse in der Vergussmasse oder unzureichende Isolation frühzeitig detektieren. Gleichzeitig ermöglicht die µCT-Datenbasis weiterführende Analysen, z. B. zur thermischen Pfadanalyse, zur FEM-Modellierung oder für datengetriebene Fehlerklassifikation mit KI-Methoden. Damit leistet die zerstörungsfreie Prüfung einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung in der Entwicklung und Produktion sicherheitsrelevanter Elektronikkomponenten.
- Hochauflösende µCT-Analyse von Kondensatoren auf elektronischen Baugruppen
- Zerstörungsfreie µCT-Analyse der internen Struktur eines MEMS-Beschleunigungssensors
- Optimierung optischer Messparameter für die digitale Bildkorrelation bei Zugversuchen
- Prozess-Innovation: Toplogie-Optimierung eines CT-Probenhalters für große Bauteile