Multidyscyplinarne Centrum Badawcze Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego wzbogaciło się o nowoczesny tomograf komputerowy. Prześwietla on elementy wykonane z dowolnego materiału. Jednocześnie pozwala na precyzyjną, trójwymiarową wizualizację ich wewnętrznej struktury.
Otwarte niedawno Multidyscyplinarne Centrum Badawcze UKSW w podwarszawskim Dziekanowie Leśnym to jednostka, w której tworzone są nowe technologie mające zastosowanie w szeroko rozumianej gospodarce, w tym w przemyśle i ochronie środowiska. Zaplecze placówki powiększyło się ostatnio o nowoczesny tomograf komputerowy. Spośród innych urządzeń tego typu wyróżnia go wyposażenie w dwie lampy: transmisyjną, umożliwiającą obserwację w mikro skali oraz drugą – odbiciową, odpowiednią dla gabarytów, których waga dochodzi do 50 kg.
Jak działa tomograf? Najpierw wiązka promieni rentgenowskich prześwietla obiekt obracający się wokół własnej osi. Czas skanowania trwa do kilku godzin i jest zależny od rozmiarów, grubości i gęstości badanego elementu, a także od spodziewanej dokładności pomiarów – wyjaśnia mgr inż. Michał Ziętala, specjalista ds. technicznych MCB. – Detektor rejestruje następnie obrazy, zaś program komputerowy CT 3D Pro Nikon pozwala na wizualizację kształtu połączoną ze wstępnym opracowaniem modelu 3D z chmury punktów. Służy on do obróbki i analizy docelowego modelu trójwymiarowego obrazu tomograficznego – dodaje.
Proces ten pozwala nie tylko na wizualizację kształtów i wymiarów obiektu, ale na wykrycie mikropęknięć, zanieczyszczeń, porowatości materiału, z którego wykonany jest badany element. Dzieje się tak niezależnie od tego, czy jest to metal, ceramika, materiały polimerowe, kompozytowe, czy biologiczne.
Tomograf umożliwia nie tylko wykrycie wad, ale również ich charakteru i miejsca występowania. I to zarówno w turbinach silników, jak i w elementach urządzeń elektronicznych – co ważne, bez rozkładania ich na elementy składowe. Pozwala na wejrzenie w struktury komórkowe – porowate, ażurowe, o budowie plastra miodu. Przy użyciu tomografu prześwietlić można wszystko i dokonać precyzyjnej ekspertyzy bez naruszenia badanej struktury.
Rewolucja w procesie kontroli jakości
Możliwość wglądu w elementy metaliczne czy ceramiczne to rewolucja w procesie kontroli jakości. Nie niszcząc sprawdzanych elementów, można je zbadać, postawić diagnozę i dokonać koniecznych zmian. Tomograficzne badanie pozwala zrozumieć, dlaczego badany element zbyt wcześnie się zużył, pęka, czy też ulega korozji, jak również wykryć, czy materiał ma jednorodną strukturę. Równocześnie można określić, w jaki sposób defekt materiału ją osłabił albo też znaleźć ogniska korozji.
Nie mając dokumentacji technicznej badanego elementu, można stworzyć model trójwymiarowy na potrzeby technologii przyrostowych (tzw. druku 3D) i taką dokumentację opracować. Możliwe jest również zaprojektowanie modelu przestrzennego o zadanych parametrach, wydrukowanie go, a następnie zbadanie jego struktury. W ten sposób można dowiedzieć się, czy wydruk modelu spełnia założone przez projekt wymagania i czy został dobrze odwzorowany podczas procesu wytwarzania.
Nasz tomograf ma szerokie spektrum zastosowań – mówi mgr inż. Michał Ziętala. – Może być również pomocny w badaniu elementów kostnych i implantów, np. stawów biodrowych. Jeśli ulegną przedwczesnemu zużyciu, dzięki badaniu tomograficznemu dowiemy się, dlaczego tak się stało. Poznamy także wnętrze cennych znalezisk archeologicznych, których nie chcemy ani naruszyć, ani tym bardziej uszkodzić – dodaje.
Pionierskie badania
Badania tomograficzne w MCB są niezbędne również do prowadzenia analiz właściwości metali w ekstremalnych warunkach. Dowodem na to jest prototyp obiektu, wykonany z opracowanego w MCB stopu tytan-ren, o unikatowej wytrzymałości. Mająca wyjściowo formę proszku kostka, wytworzona na drukarce 3D do metalu, została umieszczona we wnętrzu tomografu i poddana analizie.
Dążymy do opracowania nowatorskiego składu chemicznego stopów miedzi i srebra, tytanu i renu – zapowiada ks. dr inż. Marek Muzyk, dyrektor MCB. – Możliwość zbadania ich za pomocą tomografu jest przy tym niezbędna. Pierwsze testy, z racji ich doskonałych właściwości mechanicznych w wysokich temperaturach, wydają się obiecujące. Stopy mogłyby zostać użyte między innymi w lotnictwie, przemyśle rafineryjnym i chemicznym.
UKSW prowadzi badania nad zastosowaniem w przemyśle nowych materiałów projektowanych w MCB we współpracy z krajowymi oraz międzynarodowymi jednostkami badawczymi, m.in. Instytutem Techniki Budowlanej, Instytutem Inżynierii Materiałowej WAT i Instytutem Techniki Uzbrojenia WAT.
Joanna Herman, źródło: UKSW