Illustration av koncepten bakom contact.engineering, som tar upp de tre centrala utmaningarna. Först kombinerar den digitala yttvillingen flera mätningar (från flera tekniker) i en statistisk beskrivning av ytan på delen eller provet. För det andra kan denna representation användas för ytanalys, och för det tredje kan den delas privat med medarbetare eller offentligt med en DOI. Höftimplantatbilden har reproducerats med tillstånd, copyright Mathys AG Switzerland. Kredit:Surface Topography:Metrology and Properties (2022). DOI:10.1088/2051-672X/ac860a/meta
Forskare från University of Freiburg, Tyskland och University of Pittsburgh har utvecklat en mjukvaruplattform som underlättar och standardiserar analys av ytor. Contact.engineering-plattformen gör det möjligt för användare att skapa en digital tvilling av en yta och därmed hjälpa till att förutsäga till exempel hur snabbt den slits ut, hur väl den leder värme eller hur väl den fäster mot andra material.
I teamet ingick Dr. Michael Röttger från Institutionen för mikrosystemteknik, Prof. Lars Pastewka och Antoine Sanner från Institutionen för mikrosystemteknik och University of Freiburgs Cluster of Excellence livMatS, och Prof. Tevis Jacobs från Institutionen för Mechanical Engineering and Materials Vetenskap vid University of Pittsburghs Swanson School of Engineering. De presenterade mjukvaruplattformen i tidskriften Surface Topography:Metrology and Properties .
Topografi påverkar materialegenskaper
Alla konstruerade material har ytjämnhet, även om de ser släta ut med blotta ögat. Sett i mikroskop liknar de ytorna i ett bergslandskap.
"Det är av särskilt intresse, i både industriella tillämpningar och vetenskaplig forskning, att ha exakt kunskap om en ytas topografi, eftersom detta påverkar egenskaper som vidhäftning, friktion, vätbarhet och hållbarhet hos materialet", säger Pastewka.
Spara tid och kostnader vid tillverkning
Tillverkare måste noggrant kontrollera ytfinishen på till exempel bilar eller medicintekniska produkter för att säkerställa korrekt prestanda för den slutliga applikationen.
För närvarande hittas den optimala ytfinishen i första hand genom en trial-and-error-process, där en serie komponenter tillverkas med olika bearbetningsmetoder och sedan deras egenskaper testas för att avgöra vilken som är bäst.
Detta är en långsam och kostsam process. "Det skulle vara mycket mer effektivt att använda vetenskapliga modeller för att designa den optimala topografin för en given applikation, men det är inte möjligt för närvarande", säger Jacobs. "Det skulle kräva vetenskapliga framsteg när det gäller att koppla topografi till egenskaper och tekniska framsteg när det gäller att mäta och beskriva en yta."
Contact.engineering-plattformen underlättar båda dessa framsteg och standardiserar proceduren:Den integrerar automatiskt olika data från olika verktyg, korrigerar mätfel och använder data för att skapa en digital tvilling av ytan. Plattformen beräknar statistiska mått och tillämpar mekaniska modeller på ytorna, vilket hjälper till att förutsäga beteende. "Användarna kan därmed identifiera vilka topografiska egenskaper som påverkar vilka egenskaper. Detta möjliggör en systematisk optimering av efterbehandlingsprocesser", säger Pastewka.
Underlätta öppen vetenskap
Programvaruplattformen fungerar också som en databas där användare kan dela sina mätningar med kollegor eller medarbetare. Användare kan också välja att göra sina ytmått tillgängliga för allmänheten. När de publicerar data genereras en digital objektidentifierare (DOI) som kan refereras till i vetenskapliga publikationer.
"Vi utvecklar kontinuerligt kontaktteknik och skulle vilja lägga till ännu fler analysverktyg, till exempel för den kemiska sammansättningen av ytor", säger Pastewka. "Målet är att förse användarna med en digital tvilling som är så heltäckande som möjligt. Därför välkomnar vi också förslag på förbättringar av mjukvaruplattformen från användare inom industri och forskning." + Utforska vidare
