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| Der
Computertomograph der Empa liess den Schädel des Nashorns
«wiederauferstehen», ohne dabei etwas zu
zerstören. |
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| Etwa
2007, als die Empa-Experten den versteinerten Schädel eines
Ur-Nashorns mit Hilfe der Computertomographie (CT) dreidimensional
rekonstruierten. Da die Röntgenröhren der Empa
Materialien besonders gut durchdringen, lassen sich auch
grössere Fossilienfunde untersuchen. Die CT-Daten halfen dem
Präparator des Nashornschädels, zwischen Sediment und
Fossil zu unterscheiden. Ausserdem zeigten sie, dass das Tier
gerade im Begriff war, seine Milchzähne abzustossen – es
sich also um ein Nashornbaby handeln musste. |
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«Exotische Fälle wie diese sind allerdings
selten», erklärt Alexander Flisch aus der Empa-Abteilung
«Elektronik/Messtechnik/Zuverlässigkeit»:
«Neun von zehn Aufträgen kommen aus der
Industrie.» Diese ist auf die zerstörungsfreie
Prüfung von Bauteilen angewiesen, beispielsweise um
allfällige Materialfehler aufzuspüren. Aber auch wenn von
Bauteilen keine Baupläne mehr vorhanden sind oder sich nicht
in den Händen des Herstellers befinden, hilft eine CT, indem
sie die Struktur des Bauteils sichtbar macht. Der Computer erstellt
danach ein 3D-Modell, das nachgebaut werden kann. |
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Empa-Experte
Alexander Flisch bereitet den Schädel eines Ur-Nashorns
für die Computertomographie vor. |
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Warum die Industrie die Empa braucht
Erkennbar wird auf einer industriellen CT ebenfalls die Verteilung
unterschiedlicher Stoffe in einer Probe. Beispielsweise Fasern im
Beton oder Schadstoffe in Partikelfiltern. Auch die
Nahrungsmittelindustrie macht davon Gebrauch. Flisch: «Wir
haben ein Stück Toblerone geröntgt, um die Verteilung von
Lufteinschlüssen und Nougatstückchen zu bestimmen.»
Für Kunden aus der Bauindustrie lässt sich so etwa
feststellen, ob Baustoffe optimal zusammengemischt sind. |
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Industrielle Computertomogramme sind im Gegensatz zu medizinischen
deutlich genauer, und gerade das benötigt die Industrie. Das
Prinzip funktioniert so, dass der Computer aus
Röntgenaufnahmen eines Objekts Schnittbilder erzeugt. Eine
medizinische CT dauert nur etwa 90 Sekunden; sie zeigt auf den
Querschnitten des Körpers alles, was für die Ärzte
wichtig ist. Das Röntgen mit einem industriellen Tomographen
kann je nach Aufgabenstellung einige Minuten bis Stunden dauern.
Dafür wird dann aber auch eine 25 Mikrometer grosse Fehlstelle
an einer millimeterkleinen Lötstelle sofort sichtbar. Die Empa
besitzt einen der drei grössten Tomographen Europas. Bis zu
zwei Tonnen schwere Bauteile, beispielsweise Motorenteile von
Lastwagen, lassen sich damit scannen. Und die hohe
Durchdringfähigkeit der Empa-Tomographen erlaubt es, dass auch
sehr dichte Materialien geröntgt werden können. |
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Ausserdem betreibt die Empa CT-Anlagen mit Kegelstrahl-Geometrie
für die 3D-Datenerfassung. Diese röntgen nicht nur
2D-Querschnitte der Objekte, sondern nehmen einige hundert
Projektionen auf, während sich das Objekt um 360 Grad dreht.
Die Projektionen lassen sich anschliessend zu einem
dreidimensionalen Volumentomogramm rekonstruieren. |
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3D-Computertomogramm eines Motors |
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Nichts ist zu schade, um geröntgt zu
werden
In einem Anwenderwettbewerb suchte das Team um Alexander Flisch die
kreativsten CT-Ideen. Der Wettbewerb fand im Rahmen des
Jubiläumsanlasses «Der Blick ins Innere» im
November 2011 an der Empa statt. Die interessantesten
Fragestellungen gewannen eine Gratis-CT. Darunter waren Fragen nach
dem Innenleben eines Trompeten-Automaten, einer
archäologischen «Gesteinsknolle», in der eine
Pfanne gefunden wurde, – und Käse: Wie viele Löcher
befinden sich in einem Schweizer Käse, und wie sind sie
verteilt? Auf den geröntgten Querschnitten des Käses ist
das klar erkennbar. |
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| Eine
CT-Erfolgsstory war auch das «Reverse Engineering» an
einem Motorradmotor. Ein Rennmotorenhersteller hatte zwar einen
Originalmotor – aber keine Baupläne dazu. Flisch und sein
Team machten eine CT des alten Motorradmotors. Mit dem daraus
erstellten Computermodell entwickelte der Hersteller den Motor
weiter. Danach wurde eine 3D-Giessform aus harzumhülltem Sand
schichtweise aufgebaut. Ein Laser härtete die Masse aus, so
dass zum Schluss sich der überflüssige Sand einfach
abschütteln liess und eine exakte Giessform für den Motor
vorlag. Keine schlechte Strategie, wie sich zeigte: Mit seinen
nachgebauten Motoren gewann der Hersteller später mehrere
Rennen an Weltmeisterschaften. |
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