| 2009-11-25 Beröringsfri 3D-avbildning av pellets med röntgenbaserad mikrotomografi Fredrik Forsberg Avd. för Experimentell mekanik.

En presentation över ämnet: "| 2009-11-25 Beröringsfri 3D-avbildning av pellets med röntgenbaserad mikrotomografi Fredrik Forsberg Avd. för Experimentell mekanik."— Presentationens avskrift:

1 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Beröringsfri 3D-avbildning av pellets med röntgenbaserad mikrotomografi Fredrik Forsberg Avd. för Experimentell mekanik Luleå tekniska universitet

2 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 1.Bakgrund till förstudie 2.Avbildning av pellets med röntgenbaserad mikrotomografi Grön torkad pellet - sfäriskt prov med diameter 4.5 mm Sintrad pellet - fullstor “sfärisk” pellet med diameter 13-16 mm 3.Slutsatser och framtidsutsikt Innehåll

3 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Bakgrund till förstudie Kort beskrivning av avhandling

4 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Bakgrund till förstudie Kort beskrivning av avhandling I avhandlingen presenteras en metod för 3D avbildning och analys av inre deformationer i icke-homogena material. Det undersökta materialet avbildas med Röntgenbaserad mikrotomografi – först i obelastat och sedan i belastat tillstånd. De två avbildningarna analyseras sedan med en 3D mönster- igenkänningsmetod, kallad Volymkorrelation, vilket resulterar i en 3D karta som beskriver den deformation som uppkommit inuti materialet vid belastningen. Denna metod ger oss därför en kvantitativ bestämning av hur materialet påverkas av ett visst belastningsfall, i varje punkt inuti provet.

5 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Metodbeskrivning Röntgenbaserad mikrotomografi

6 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Metodbeskrivning Vid en tomografisk avbildning tas ca 1000 röntgenbaserade projektionsbilder i jämn följd medan provet roteras ett varv. Från dessa projektionsbilder återskapas sedan en strukturell 3D bild av provet med hjälp av en tomografiska rekonstruktionsalgoritm. Principen är densamma som för klinisk avbildning med datortomografi (skiktröntgen) på sjukhus – fast i mindre skala och med högre upplösning. Röntgenbaserad mikrotomografi 0˚ 180˚ 360˚ Angle of rotation

7 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Bakgrund till förstudie Ursprunglig volym Deformerad volym Kort beskrivning av avhandling 3D analys av deformationer

8 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Beröringsfri 3D-avbildning av pellets med röntgenbaserad mikrotomografi Fredrik Forsberg Avd. för Experimentell mekanik Luleå tekniska universitet

9 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 System 1 – Mikrotomografisystem vid LTU System 2 – Mikrotomografisystem vid Schweiz statliga materialforskningsinstitut, EMPA, Dübendorf, Schweiz. System 3 – Mikrotomografisystem från Phoenix x-ray / GE (Demo) System 4 – Nanotomografisystem från Phoenix x-ray / GE (Demo) Beskrivning av de system som har använts i denna studie Namn: “v|tome|x s” / Max. upplösning = 4 µm. Max. upplösning ~20 µm. Namn: “nanotom” / Max. upplösning ~ 0.5 µm. Max. upplösning ~2 µm. Röntgenbaserad mikrotomografi

10 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Tomografisk avbildning av grön torkad pellet. Sfärisk geometri med diameter 4.5 mm. Ø4.5 mm Avbildning av pellets

11 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Struktur i mittersta xy-plan. Avbildat med system 1 Upplösning: 25 µm Avbildning av pellets

12 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Struktur i mittersta xy-plan. Avbildat med system 2 Upplösning: 4.3 µm Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

13 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Förstoring av delområde Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

14 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Struktur i mittersta xy-plan. Avbildat med system 4 Upplösning: 4 µm Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

15 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Förstoring av delområde Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

16 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 3D-struktur Avbildat med system 4 Upplösning: 4 µm Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

17 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25

18

19

20

21

22 Analys av defekter inuti 3D struktur. Baserat på bilddata från system 4. Upplösning: 4 µm Grön pellet – sfäriskt prov, Ø4.5 mm Avbildning av pellets

23 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Ø13-16 mm Avbildning av fullstor sintrad pellet

24 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Struktur i mittersta xy-planet. Avbildat med system 3 Upplösning: 4 µm Sintrad pellet – fullstor, Ø13-16 mm Avbildning av pellets

25 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Förstoring av delområde Sintrad pellet – fullstor, Ø13-16 mm Avbildning av pellets

26 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 3D-struktur i fullstor pellet Avbildat med system 4 Upplösning: 12 µm Sintrad pellet – fullstor, Ø13-16 mm Avbildning av pellets

27 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Slutsatser och framtidsutsikt

28 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Slutsatser 1.Det är möjligt att göra tomografisk 3D avbildning av pellets med väldigt hög upplösning. Här visas rekonstruerade strukturer med upplösning 4.0 µm – 25 µm. Det är dock möjligt att göra liknande avbildning med upplösning under 1 µm. 2.Den fullständiga 3D strukturen inuti pelletsen avbildas beröringsfritt. 3.System 4 (Nanotom) klarar avbildning av såväl mindre labbprover som fullskaliga pellets. Slutsatser och framtidsutsikt

29 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Slutsatser (forts.) 4.Av de fyra avbildningssystem som använts här så ger system 2, 3 och 4 väldigt hög upplösning och kontrast, medan system 1 (vårat eget) ger en begränsad upplösning. 5.Den inhomogena och slumpmässiga strukturen i det rekonstruerade 3D datat gör att materialet lämpar sig bra för deformationsanalys med Volymkorrelation. Slutsatser och framtidsutsikt

30 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Möjligheter till samarbete Mikrotomografi och Volymkorrelation Avbildn. med SEM (Kemiteknik) Bildbehandling av bilddata från malmprover (Systemteknik) Modellsim av belastad pellet (Hållfastighetslära) Flödessim. Torkning (Strömningslära) Slutsatser och framtidsutsikt

31 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Kemiteknik, TKG, LTU Jonas Hedlund Johanne Mouzon (SEM-avbildning) Iftekhar Uddin Bhuiyan (SEM-avbildning) Systemteknik, LTU Matthew Thurley (bildbehandling malmprov) Strömningslära, TFM, LTU Staffan Lundström Anna-Lena Ljung (Sim. av torkn. process) Hållfasthetslära, TFM, LTU Hans-Åke Häggblad Gustaf Gustafsson (Sim. av flöden/yttre påverkan ) FoU, LKAB Schweiz statliga materialforskningsinstitut, EMPA, Schweiz Dept. Of Engineering Science, Oxford University, UK Möjligheter till samarbete Slutsatser och framtidsutsikt

32 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Slutsatser och framtidsutsikt Ansökan om finasiellt stöd för inköp av nytt mikrotomogafisystem. Siktar på ”Nanotom”-system Wallenbergstiftelsen Kempestiftelsen Förslag...?

33 fredrik.forsberg@ltu.se | 2009-11-25 Tack till ProcessIT Innovations för finasiering av denna förstudie!