Wetenschappers van de Universiteit van Freiburg, Duitsland, en de Universiteit van Pittsburgh hebben een softwareplatform ontwikkeld dat de analyse van oppervlakken vergemakkelijkt en standaardiseert. Het contact.engineering platform stelt gebruikers in staat om een ​​digitale tweeling van een oppervlak te creëren en zo bijvoorbeeld te helpen voorspellen hoe snel het slijt, hoe goed het warmte geleidt of hoe goed het hecht aan andere materialen.

Het team bestond uit dr. Michael Röttger van de afdeling Microsystems Engineering, prof. Lars Pastewka en Antoine Sanner van de afdeling Microsystems Engineering en de Cluster of Excellence livMatS van de University of Freiburg, en prof. Tevis Jacobs van de afdeling Werktuigbouwkunde en Materialen Wetenschap aan de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh. Ze presenteerden het softwareplatform in het tijdschrift Surface Topography:Metrology and Properties .

Topografie beïnvloedt materiaaleigenschappen

Alle technische materialen hebben een oppervlakteruwheid, zelfs als ze glad lijken als ze met het blote oog worden gezien. Onder een microscoop bekeken lijken ze op de oppervlakken van een berglandschap.

"Het is van bijzonder belang, zowel voor industriële toepassingen als voor wetenschappelijk onderzoek, om nauwkeurige kennis te hebben van de topografie van een oppervlak, omdat dit eigenschappen zoals de hechting, wrijving, bevochtigbaarheid en duurzaamheid van het materiaal beïnvloedt", zegt Pastewka.

Tijd en kosten besparen bij de productie

Fabrikanten moeten de oppervlakteafwerking van bijvoorbeeld auto's of medische apparaten zorgvuldig controleren om een ​​goede prestatie van de uiteindelijke toepassing te garanderen.

Op dit moment wordt de optimale oppervlakteafwerking voornamelijk gevonden door een trial-and-error-proces, waarbij een reeks componenten wordt gemaakt met verschillende bewerkingsmethoden en vervolgens worden hun eigenschappen getest om te bepalen welke het beste is.

Dit is een langzaam en kostbaar proces. "Het zou veel efficiënter zijn om wetenschappelijke modellen te gebruiken om de optimale topografie voor een bepaalde toepassing te ontwerpen, maar dat is momenteel niet mogelijk", zegt Jacobs. "Het zou wetenschappelijke vooruitgang vereisen in het koppelen van topografie aan eigenschappen, en technische vooruitgang in het meten en beschrijven van een oppervlak."

Het contact.engineering-platform faciliteert beide ontwikkelingen en standaardiseert de procedure:het integreert automatisch de verschillende gegevens van verschillende tools, corrigeert meetfouten en gebruikt de gegevens om een ​​digitale tweeling van het oppervlak te creëren. Het platform berekent statistische gegevens en past mechanische modellen toe op de oppervlakken, waardoor het gedrag kan worden voorspellen. "De gebruikers kunnen zo identificeren welke topografische kenmerken welke eigenschappen beïnvloeden. Dit maakt een systematische optimalisatie van afwerkingsprocessen mogelijk", zegt Pastewka.

Open wetenschap faciliteren

Het softwareplatform dient ook als database waarop gebruikers hun metingen kunnen delen met collega's of medewerkers. Gebruikers kunnen er ook voor kiezen om hun oppervlaktemetingen openbaar te maken. Wanneer ze de gegevens publiceren, wordt een digitale object-ID (DOI) gegenereerd waarnaar in wetenschappelijke publicaties kan worden verwezen.

"We zijn continu bezig met het ontwikkelen van contacttechniek en willen graag nog meer analysetools toevoegen, bijvoorbeeld voor de chemische samenstelling van oppervlakken", zegt Pastewka. "Het doel is om gebruikers een zo volledig mogelijke digitale tweeling te bieden. Daarom verwelkomen we ook suggesties voor verbeteringen aan het softwareplatform van gebruikers in de industrie en onderzoek." + Verder verkennen

De oorsprong van oppervlakteruwheid:atoomvervorming binnen en op het oppervlak van een vaste stof