Neue Softwareplattform verbessert das Verständnis der Oberflächenbeschaffenheit von Industriebauteilen

Neue Softwareplattform verbessert das Verständnis der Oberflächenbeschaffenheit von Industriebauteilen

• Mit der kostenfreien Softwareplattform Contact Engineering lassen sich Oberflächeneigenschaften vorhersagen
  
  
• Die Plattform ermöglicht es, industrielle Endbearbeitungsprozesse systematisch zu optimieren
  
  
• Nutzer können über Contact Engineering Messdaten veröffentlichen

#Wissenschaftler der Universität Freiburg und der University of Pittsburgh, #USA, haben eine kostenfreie Softwareplattform entwickelt, welche die #Analyse von #Oberflächen erleichtert und standardisiert. Die Plattform Contact Engineering ermöglicht es Benutzer*innen, einen digitalen Zwilling einer Oberfläche zu erstellen und so etwa vorherzusagen, wie schnell diese verschleißt, wie gut sie Wärme leitet oder an anderen Materialien haftet. Das Team um Dr. Michael Röttger vom Institut für Mikrosystemtechnik, Prof. Dr. Lars Pastewka und Antoine Sanner vom Institut für #Mikrosystemtechnik und dem Exzellenzcluster »livMatS« der #Universität Freiburg sowie Prof. Dr. Tevis Jacobs von der University of Pittsburgh, USA, hat die Softwareplattform in der Fachzeitschrift #Surface #Topography: Metrology and Properties vorgestellt.

Topographie beeinflusst Materialeigenschaften

Alle technischen Materialien haben eine raue Oberfläche, auch wenn sie mit bloßem Auge glatt erscheinen. Unter dem Mikroskop betrachtet, gleichen die Oberflächen einer Berglandschaft. »Für #Industrie und #Forschung ist es von besonderem Interesse, deren Topographie genau zu kennen, da sie Eigenschaften wie Haftung, Reibung, Benetzbarkeit und Lebensdauer des Materials beeinflusst«, sagt Pastewka.

Zeitersparnis und Kostenersparnis in der Fertigung

Hersteller müssen die Oberflächenbeschaffenheit von zum Beispiel Autobauteilen oder medizinischen Geräten sorgfältig kontrollieren, um eine einwandfreie Anwendung zu gewährleisten. Derzeit wird die optimale Oberflächenbeschaffenheit vor allem durch ein Trial-and-Error-Verfahren ermittelt, bei dem eine Reihe von Bauteilen mit unterschiedlichen Bearbeitungsmethoden hergestellt und ihre Eigenschaften getestet werden. Dies ist ein langsamer und kostspieliger Prozess. »Es wäre weitaus effizienter, die optimale Topographie für eine bestimmte Anwendung anhand wissenschaftlicher Modelle zu entwickeln, aber das ist derzeit nicht möglich«, sagt Jacobs. »Es würde erfordern, dass es wissenschaftliche Fortschritte bei der Verknüpfung von Topographie und Eigenschaften sowie technische Fortschritte bei der Messung und Beschreibung einer #Oberfläche gibt.«

Contact Engineering ermöglicht diese Entwicklung und standardisiert das Verfahren: Die Plattform integriert automatisch die unterschiedlichen Daten verschiedener Messinstrumente, korrigiert Messfehler und schafft aus den Daten einen digitalen #Zwilling der Oberfläche. Contact Engineering berechnet statistische Metriken und wendet mechanische Modelle auf die Oberflächen an, deren Verhalten sich auf diese Weise vorhersagen lässt. »Die Anwender können so erkennen, welche topographischen Merkmale welche Eigenschaften beeinflussen. Dies erlaubt eine systematische Optimierung von Endbearbeitungsprozessen«, sagt Pastewka.

Open Science ermöglichen

Die Plattform dient auch als Datenbank, in der Anwender Messergebnisse mit Kollegen oder Projektpartner teilen können. Benutzer können ihre Oberflächenmessungen zudem der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen. Wenn sie ihre Daten veröffentlichen, wird ein Digital Object Identifier (DOI) erstellt, der in wissenschaftlichen Publikationen referenziert werden kann.

»Wir entwickeln Contact Engineering stetig weiter und möchten noch weitere Analysewerkzeuge etwa zur chemischen Zusammensetzung der Oberflächen aufnehmen«, sagt Pastewka. »Ziel ist, dass die Anwender einen möglichst umfassenden digitalen Zwilling erhalten. Deshalb begrüßen wir es auch, wenn Nutzer aus Industrie und Forschung uns Verbesserungen an der Softwareplattform vorschlagen.«

Die Entwicklung von Contact Engineering wurde vom Europäischen Forschungsrat, von der US National Science Foundation und vom Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (»livMatS«) der #Universität Freiburg gefördert.

Zur Anwendung Contact Engineering

Faktenübersicht

Originalpublikation: Michael C. Röttger, Antoine Sanner, Luke A. Thimons, Till Junge, Abhijeet Gujrati, Joseph M. Monti, Wolfram G. Nöhring, Tevis D. B. Jacobs, Lars Pastewka, “Contact Engineering—Create, analyze and publish digital surface twins from topography measurements across many scales”, in “Surface Topogrraphy: Metrology and Properties” 10 035032, DOI 10.1088/2051-672X/ac860a.

Lars Pastewka ist seit 2017 Professor für Simulation an der Technischen Fakultät und Mitglied des Exzellenzclusters Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) der Universität Freiburg.

Pastewkas Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Simulation, Mikromechanik von Materialien, Materialoberflächen und Tribologie.

Ein Team um Pastewka zeigte anhand von Computersimulationen, dass Flächen aus unterschiedlichen Materialien, die mit verschiedenen Methoden plastisch verformt werden, stets Oberflächenrauigkeit mit identischen statistischen Eigenschaften entwickeln.