© Aardworx

Science
11/02/2020

Ein Spaziergang im virtuellen Bauteil

In einer hochauflösenden 3D-Version können sich Forscher und Ingenieure kritische Problemstellen vor Augen führen.

von Franziska Bechtold

Eine Gießerei ist nicht der erste Ort, an dem man nach Virtual Reality Projekten suchen würde, kennt man die Technologie doch hauptsächlich aus dem Gaming und der Architektur, wo Bauwerke geplant und begangen werden können, noch bevor sie entstehen. Doch auch in der Analyse von Gussteilen hat die 3-D-Brille jetzt einen festen Platz eingenommen - zumindest beim Österreichischen Gießerei-Institut (ÖGI).

Möchte beispielsweise ein Automobilhersteller für die Konstruktion eines neuen Wagens Aluminiumbauteile, etwa einen Motorblock, konstruieren, benötigt man zuerst einen Prototypen. Dieser wird mit flüssiger Schmelze in eine Form, etwa aus Sand, gegossen. Das Verfahren ist nicht unkompliziert. Viele Faktoren können dazu führen, dass ein Bauteil sogenannte Lunker vorweist, also winzige Hohlräume oder Poren im Inneren. Ob sie entstehen ist abhängig vom Gießverfahren, der Legierung und Schmelzebehandlung, der Gießtechnik und der Geschwindigkeit der Erstarrung. 

Gefährliche Hohlräume

Lunker können, wenn sie zu groß werden und an Stellen höchster Beanspruchung liegen, Teile vorzeitig zerstören. Solche Probleme sollten daher behoben werden, bevor sie in die Serienproduktion gehen. Da die Poren im Inneren entstehen, musste man zunächst weniger elegante Methoden anwenden, um diese Fehler zu finden: „Früher hat man das Bauteil zerstören, also aufschneiden müssen, und konnte dann einzelne Materialebenen analysieren. Das war aber nur eine Momentaufnahme, bei der bestimmte Stellen nur stichprobenartig betrachtet wurden“, erklärt Gerhard Schindelbacher, Geschäftsführer des ÖGI.

Deshalb setzt man schon seit längerem Computertomografie (CT) ein, um das Äußere und Innere von Leichtbauteilen genau zu scannen, ohne sie zerstören zu müssen. So bringt man mögliche Problemstellen zum Vorschein, die sonst möglicherweise erst bei der Benutzung der Teile offenbar werden. Dafür werden sie in kleinen Schritten um 360 Grad gedreht und mit Röntgenstrahlen durchleuchtet, ähnlich wie in der Medizin. So erhält man eine dreidimensionale Darstellung der im Inneren vorhanden Poren mit einer Größe ab ca. 0,05 mm.

Risse verhindern

Bisher blieben diese Daten aber in 2-D und auf dem Computer. Desto komplexer und umfangreicher die Bauteile sind, desto schwieriger wird es aber, Problemen zu erkennen. Daher wurde am ÖGI in Zusammenarbeit mit dem Start-up Aardworx um mit Unterstützung des Austrian Cooperative Research (ACR) eine neue Methode zur interaktiven und intuitiven Porositätsbewertung mittels Virtual Reality (VR) entwickelt. Dies ist ein weiterer Schritt während des langjährigen Digitalisierungsprozesses der Branche. Für das fertige Produkt wurde Aardworx 2019 mit dem ACR Start-up Preis ausgezeichnet.

So kann man eine computergenerierte Welt betreten, sich frei darin bewegen und erhält damit die Möglichkeit, in Gussteilwände „hineinzugehen“, um die Poren und Lunker direkt zu betrachten und sie mittels Controller zu drehen, zu vergrößern und gleich zu vermessen.   

Intuitive Betrachtung

Mit der Möglichkeit, sich die Bauteile so bis ins Detail anzusehen, bekommen Kunden und Gießer eine gemeinsame Basis, um Problembereiche gemeinsam auszuwerten und es verbessert sich vor allem das Verständnis für Probleme, erklärt Schindelbacher. So kann man sich kritische Stellen unmittelbar vor Augen führen. Die intuitive Betrachtung im Inneren eigne sich auch zu Prozessoptimierungen und -änderungen, sowie um die Wirkung von Maßnahmen auf die Porosität von Bauteilen zu erkennen, etwa ob Lunker reduziert oder in weniger kritische Bereiche hin verlagert werden können.

In Zukunft soll eine Auswertung von CT-Daten mittels Streaming auch auf einer internationalen Plattform möglich gemacht werden. Dafür hat das ÖGI ein neues Forschungsprojekt ins Leben gerufen. „Mit einer solchen Plattform können sich Gießer und Kunden schneller auf einer gemeinsamen Basis über Videochat und Webkonferenz-Programme wie Skype oder Teams verständigen“, erklärt Schindelbacher.

Einsatz in der Lehre

Die virtuelle Realität bleibt aber nicht nur Bauteilen aus der Gießerei vorenthalten. „Neben der Materialwissenschaft sind natürlich auch medizinische Scans interessant. In Zukunft wollen wir auch Lehre und Wissensvermittlungsanwendungen damit anbieten“, erklärt Mit-Gründer von Aardworx, Harald Steinlechner, im Gespräch mit der futurezone. So könnten etwa Studierende in der virtuellen Realität mit simulierten und gescannten Körpern interagieren.

Das demonstriert Aardworx etwa mit dem Scan einer Kröte, die fit für die Betrachtung mit einer VR-Brille gemacht wurde. Mit der Technologie kann diese stark vergrößert dargestellt und jede kleinste Faser genau betrachtet werden. Auch in der Holzverarbeitung oder der Archäologie hält Steinlechner die Anwendung für denkbar. „Alles was gescannt werden kann, können wir auch in 3-D visualisieren“. So könnte man nach etwa nach möglichem Schädlingsbefall bei Holzbauteilen suchen.

Das Unternehmen selbst nutzt dafür eine HTC Vive. Neben der Brille selbst kommen hier auch vier Kameras zum Einsatz. Das ermöglicht das Umhergehen in einem abgesteckten Raum und macht die Erfahrung immersiver im Vergleich zum Tragen einer 3-D-Brille, während man auf einem Bürosessel sitzt und nur mit den Händen navigieren kann.

Diese Serie erscheint in redaktioneller Unabhängigkeit mit finanzieller Unterstützung von Austrian Cooperative Research (ACR).

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