Messzeiten in der Werkstoffanalytik lassen sich verkürzen - ohne Genauigkeitsverlust
Das spart Energie und eröffnet neue Potenziale für industrielle Anwendungen
Wie lässt sich der innere Aufbau eines Werkstoffs effizient analysieren und die Messzeit halbieren? Forschende der Universität Kassel haben einen Weg gefunden, die Messzeit materialanalytischer Messprozesse auf das Nötige zu reduzieren – und das bei gleichbleibend hoher Qualität der Ergebnisse. In der energiedispersiven Röntgendiffraktometrie (ED-XRD), einem Verfahren zur Untersuchung kristalliner Materialstrukturen, konnten sie die Messzeit um bis zu 62 Prozent reduzieren. Das spart Energie und eröffnet neue Potenziale für industrielle Anwendungen.
Mit der wachsenden Zahl neuer, zuverlässiger und umweltfreundlicher Legierungen steigt auch der Bedarf an präziser Analyse. Dadurch geraten bestehende Messplätze zunehmend an ihre Kapazitätsgrenzen. Die in einer jetzt veröffentlichten Studie aufgezeigten Einsparpotenziale ermöglichen es, den Probendurchsatz nachhaltig zu erhöhen – ohne zusätzliche Ressourcen. „Gerade in der industriellen Werkstoffentwicklung ist das ein klarer Mehrwert“, erklärt Dr. Alexander Liehr vom Institut für Werkstofftechnik (IfW), der das Forschungsprojekt am Fachgebiet Metallische Werkstoffe unter der Leitung von Prof. Niendorf vorantrieb. „Schnellere Analysen verkürzen Innovationszyklen. Das ist ein entscheidender Vorteil für Branchen wie die Automobil- und Luftfahrtindustrie, in denen leistungsfähige Leichtbauwerkstoffe weiterhin an Bedeutung gewinnen.“
Die entwickelte Methode ist dabei nicht auf die Röntgendiffraktometrie beschränkt, sondern lässt sich auch auf andere materialanalytische Verfahren mit entsprechenden Datenstrukturen übertragen, etwa in der Qualitätskontrolle, Legierungsentwicklung oder Prozessüberwachung. „Sie kann zudem auch auf großtechnische Forschungsanlagen angewendet werden, was insbesondere für die effiziente Nutzung limitierter Großforschungsanlagen von Vorteil ist“, so Liehr.
Ziel des Projekts war es, die Messdauer mithilfe intelligenter Auswahlstrategien für Energieintervalle zu verkürzen und gleichzeitig verlässliche Informationen über die Mikrostruktur des Materials zu erhalten. Um die Messdauer deutlich zu verkürzen, testete das interdisziplinäre Forschungsteam verschiedene Methoden, um nur die wirklich entscheidenden Datenbereiche zu erfassen und auszuwerten. Entscheidend für den Erfolg war die Kombination der Expertise aus Werkstofftechnik und Informatik, namentlich dem Fachgebiet Intelligente Eingebettete Systeme (IES, Fachgebietsleitung Prof. Bernhard Sick), das sich mit technischen Anwendungen der Künstlichen Intelligenz befasst.
Die entwickelten Strategien nutzen Vorkenntnisse über die untersuchten Materialien, um die Auswahl zu steuern – und lieferten überzeugende Ergebnisse: Die Messzeit ließ sich um bis zu 62 Prozent reduzieren, ohne dass Abstriche bei der erreichten Genauigkeit gemacht werden mussten. Angesichts wachsender Anforderungen an Effizienz und Datenqualität in der Werkstoffanalyse bieten diese Strategien eine vielversprechende Basis: „Sie ermöglichen eine automatisierte und ressourcenschonende Analyse auch großer Materialserien – ein wichtiger Schritt hin zur intelligenten Werkstoffprüfung“, erläutert Liehr.
Die Studie wurde im Fachjournal Scientific Reports (Nature Verlagsgruppe) veröffentlicht. Auf Grundlage dieser Ergebnisse soll die erfolgreiche Zusammenarbeit fortgeführt, das intelligente Experimentieren methodisch weiterentwickelt und auf weitere Anwendungsfelder übertragen werden.
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