Home Forschung & Bildung Hellste Labor-Röntgenquelle der Welt an der Uni Kassel installiert

Hellste Labor-Röntgenquelle der Welt an der Uni Kassel installiert

Die MetalJet E1+ 160 kV ist die weltweit hellste Quelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, die in Laboren installiert werden kann und die erste ihrer Leistungsklasse in einer Universität in Europa. Sie ist die Schlüsselkomponente eines Großprojekts, mit dem die Fertigung von Bauteilen im 3D-Druckverfahren bis herunter auf atomare Skala und in Echtzeit beobachten werden kann.

Eine neue Röntgenquelle wird die Forschung und Entwicklung im Bereich Werkstofftechnik an der Uni Kassel weiter intensivieren und eröffnet dabei gänzlich neue Möglichkeiten. Sie erzeugt mit einer Leistung von 1000 Watt hochenergetische und extrem helle Röntgenstrahlung. Mit diesem gebündelten Röntgenstrahl können die Werkstoffe mit einer kleinstmöglichen Auflösung von 50 X 50 Mikrometer durchleuchtet werden. Besonders dabei ist, dass die benötigten Röntgenstrahlen an einer flüssigen Anode aus einer Indium-Gallium-Legierung entstehen, auf die beschleunigte Elektronen mit großer Geschwindigkeit treffen. Eine Pumpe lässt die flüssige Indium-Gallium-Legierung in einem Kreislauf-System stetig zirkulieren, um die entstehende Wärme abzuführen. Diese und weitere besondere technischen Lösungen erlauben die hohe Intensität der Strahlung und auch einen dauerhaften Betrieb der Anlage.

„Damit können wir live beobachten, was sich in unseren Proben während des Experiments abspielt, zum Beispiel wie flüssiges Metall erstarrt oder wie Bauteile unter Druck- oder Zugspannung reagieren und wann genau sich schon feinste mikroskopisch kleine Risse im Material bilden, die wir erst viel später mit bloßem Auge erkennen würden“, beschreibt Dr.-Ing. Alexander Liehr, Leiter der Arbeitsgruppe Röntgenfeinstrukturanalyse.

Großprojekt: mit Röntgenblick 3D-Druck in Echtzeit beobachte

Die etwa 500.000 Euro teure Röntgenquelle wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen eines Großprojekts gefördert. In einem nächsten Schritt soll die hochpräzise Röntgenfeinstrukturanalyse mit einer einzigartigen Anlage für den 3D-Druck kombiniert werden. Durch die neue Röntgenquelle kann dabei auf kleinster Ebene im 3D-Druck live beobachtet werden, wie Metallschichten sich Mikrometer für Mikrometer aufeinander aufbauen und erstarren. „Unmengen von Daten laufen live bei uns ein: hochauflösende Radiografie- und Beugungsbilder der Röntgenquelle, aber auch Informationen zur Temperaturänderung im Material über weitere Sensoren. Wenn wir dann Parameter wie die genaue Zusammensetzung der Werkstoffe oder Prozessgeschwindigkeiten verändern, können wir in Echtzeit sehen, wie sich auch die Eigenschaften im 3D-Druck verändern“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe. Damit können die Forschenden neue Werkstoffe entwickeln, die Produktion von Bauteilen in Zukunft nachhaltiger und effizienter gestalten, Druckprozesse verbessern, leistungsfähigere Bauteile realisieren und auch Fehler schneller erkennen und korrigieren – und das in Metallen, Kunststoffen sowie Hybridmaterialien.

Dabei werden die Forschenden in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Niendorf weiterhin eng mit anderen Fachgebieten wie der Fertigungstechnik oder der Mess- und Regelungstechnik sowie Arbeitsgruppen in weiteren Fachbereichen der Universität Kassel zusammenarbeiten. Aber auch bestehende und neue Kooperationen mit anderen deutschen Forschungseinrichtungen und der Industrie werden von der einzigartigen, neuen Anlage an der Universität Kassel profitieren.

Röntgenfeinstrukturanalyse an der Uni Kassel

Metallische Materialien mithilfe von Röntgenstrahlen durchleuchten: das geschieht im Bereich Röntgenfeinstrukturanalyse des Fachgebiets Metallische Werkstoffe unter Prof. Dr.-Ing. Thomas Niendorf der Universität Kassel. Sie ermöglichen es, Werkstoffe Mikrometer-genau zu analysieren, ihren inneren Aufbau zu bestimmen und werkstofftechnische Eigenschaften wie die Textur und Korngrößen zu ermitteln. Dabei ist es gleichzeitig von höchster Bedeutung, mögliche Strukturbaufehler zu bestimmen oder Eigenspannungen im Material nachzuweisen. So lassen sich Rückschlüsse auf die in der realen Welt zentralen mechanischen Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe ziehen, um so beispielsweise die Lebensdauer der daraus gefertigten Bauteile zu erhöhen. Mit diesem Wissen können die Forschenden Fertigungsparameter gezielt anpassen und die Lebensdauer der Bauteile optimieren. Darüber hinaus schaffen die Forschungsergebnisse weitere Potentiale für Leichtbauverfahren.

Der Artikel basiert auf einer Pressemitteilung der Uni Kassel.

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