Computertomographie (XRT)
Die Computertomographie (XRT) ist im Kompetenzzentrum ein zentrales Werkzeug zur Analyse additiv gefertigter keramischer Bauteile. Sie ermöglicht eine zerstörungsfreie, dreidimensionale und ortsaufgelöste Untersuchung der inneren Struktur – unabhängig von Geometrie, Material oder Bauteilgröße. Dadurch können innere Defekte wie Poren, Risse, Dichteunterschiede oder strukturelle Inhomogenitäten präzise detektiert und quantitativ vermessen werden, die mit herkömmlichen Methoden nicht zugänglich sind.

Ein besonderer Vorteil der XRT liegt darin, dass ein und dasselbe Bauteil über verschiedene Prozessschritte hinweg wiederholt untersucht werden kann. So lassen sich Veränderungen innerhalb des Bauteils direkt nachvollziehen und gezielt mit den jeweiligen Fertigungsbedingungen verknüpfen. Diese direkte Korrelation ermöglicht ein tiefgehendes Verständnis der Entstehung von Defekten und bildet die Grundlage für eine systematische Optimierung der gesamten Prozesskette in der additiven Fertigung.

Im aktuellen Projekt wird die XRT zudem durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz weiterentwickelt. Ziel ist es, die umfangreichen Messdaten automatisiert auszuwerten, indem typische Fehlerbilder erkannt und eingeordnet. Dadurch können Analyseprozesse deutlich beschleunigt und neue Erkenntnisse effizient in die Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien überführt werden.

Thermische Analyse und Materialcharakterisierung
Ein zentraler Schwerpunkt unserer Arbeit liegt darauf, zu verstehen, wie sich Herstellungsfehler auf die Eigenschaften keramischer Bauteile auswirken. Ziel ist es, die Qualität, Zuverlässigkeit und Lebensdauer additiv gefertigter Komponenten gezielt zu verbessern.

Da keramische Bauteile ihre endgültigen Eigenschaften erst durch die Sinterung erhalten, untersuchen wir insbesondere die Veränderungen während des Aufheizens. Gerade beim 3D-Druck können sich vorhandene Defekte unter Temperatureinfluss weiterentwickeln und die Bauteilqualität beeinflussen.

Hierfür nutzen wir moderne Verfahren wie die Erhitzungsmikroskopie, bei der Proben während des Aufheizens in Echtzeit beobachtet werden. Ergänzend erfassen wir mittels berührungsloser Dilatometrie die Volumenänderungen der Bauteile. So können wir genau nachvollziehen, wann und wie sich Gefüge und mögliche Schäden verändern.

Diese Untersuchungen werden gezielt mit der Computertomographie kombiniert: Bauteile werden vor und nach der thermischen Behandlung analysiert, um Veränderungen im Inneren sichtbar zu machen und mit den Herstellungsbedingungen zu verknüpfen.

Ergänzende (rasterelektronen)mikroskopische und gekoppelte chemisch-mineralogische Analysen (EDX, EBSD) ermöglichen es uns, die Ursachen dieser Veränderungen im Detail zu verstehen. Durch die Kombination dieser Methoden gewinnen wir umfassende Einblicke in die gesamte Prozesskette – von der Herstellung bis zur finalen Bauteileigenschaft – und schaffen die Grundlage für eine gezielte Optimierung der additiven Fertigung keramischer Werkstoffe.

Raman-Spektroskopie
Die Raman-Spektroskopie ermöglicht eine schnelle und zerstörungsfreie Untersuchung von Struktur und Chemie eines Materials mittels punktueller und zweidimensionaler Messungen mit einer räumlichen Auflösung bis in den Mikrometerbereich. Diese Analysen können zudem in situ in Abhängigkeit der Zeit und der Temperatur durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, Mineralumwandlungen während der Reaktion zu untersuchen. In Verbindung mit einem speziellen Ofen können Reaktionen bei Temperaturen bis 1500 °C verfolgt werden und kinetische Informationen gewonnen werden. Daher ist die Raman-Spektroskopie ideal zur Untersuchung der gesamten Prozesskette zur Herstellung von Feuerbeton geeignet. Im Laufe des Projekts wird eine Messmethode entwickelt, mit der es zukünftig möglich sein wird, die mineralogischen Veränderungen während des Abbindens sowie den Trocknungs- und Sintervorgang zu untersuchen. Ziel dieser Messmethodenentwicklung ist, den gesamten Messvorgang an einer Probe durchführen zu können, statt wie zuvor, einzelne Prozessschritte an unterschiedlichen Proben messen zu müssen. Die gewonnenen Informationen aus diesen Experimenten sind notwendig, um den Herstellungsprozess von Feuerbeton zu optimieren. Dadurch können vor allem Rohstoffe eingespart werden sowie die Herstellung energieoptimiert durchgeführt und so die Energiebilanz verbessert werden. Des Weiteren wird die Raman-Spektroskopie in dem Projekt verwendet, um die Feuerbetone zu untersuchen, die durch das Additivverfahren hergestellt wurden. Mittels dieser Analysen soll der Druckprozess verbessert kontrolliert und optimiert werden, um zukünftig Fertigbauteile innerhalb der von der Industrie geforderten Spezifikationen herstellen zu können. Der Einsatz der zeit- und temperaturabhängigen Raman-Spektroskopie im Bereich der anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffe ist noch ein relativ junges Forschungsfeld und wird für das nördliche Rheinland-Pfalz zu einem neuen Leuchtturm werden.