Savonia-artikkeli: Röntgentomografia paljastaa 3D-tulosteiden salaisuudet

07.10.2021   ArtikkelitTekniikan alaTKI

Röntgentomografiaa käytetään erilaisten materiaalien, eliöiden ja kappaleiden rakenteen ainetta rikkomattomaan kuvantamiseen. Röntgentomografiaa käytetään lääketieteen lisäksi muun muassa biologisten materiaalien, farmasian, materiaalitieteen ja geologian tutkimuksissa.

Röntgentomografiakuvia analysoimalla voidaan laskea 2- tai 3-ulotteisesti muun muassa rakenneosien tai välien, kuten esimerkiksi halkeamien, säröjen tai huokosten tilavuuksia. Röntgentomografiakuva paljastaa myös niiden pinta-alat, suuntautuneisuuden ja kokojakauman. Laitteistojen kuvantamistarkkuus ja -herkkyys sekä tekniikka ovat vuosien saatossa kehittyneet, mikä mahdollistaa esimerkiksi aiemmin huonosti erotettujen kohteiden selkeämmän visualisoinnin ja suurempien kappaleiden tarkan kuvantamisen.

Kuvassa röntgentomografia kuvanmuodostuksen periaate yksinkertaistettuna.

Kuvassa röntgentomografia kuvanmuodostuksen periaate yksinkertaistettuna.
Lähde: (https://www.microphotonics.com/wp-content/uploads/2018/02/How-it-worksjpg_Page3.jpg, 27.9.2021).

Tähän aiheeseen pureutuu TOMOLAB-hanke. Savonian osuutena hankkeessa on selvittää röntgentomografian mahdollisuuksia 3D-tulostettujen kappaleiden tutkimuksessa ja kehittämisessä. 3D-tulostettujen kappaleiden kehittämisessä erityisesti materiaalien homogeenisuus ja vaurioanalyysit, kuten lämpöhalkeamat, ovat ehdottoman tärkeitä tutkimuskohteita. Analyysien lisäksi röntgenillä kuvatuista kappaleista saadaan kuvantamisen perusteella muodostettua 3D-malli, jota puolestaan voidaan verrata tuotesuunnittelun 3D-malliin.

Hankkeen aikana Itä-Suomen yliopistolle on hankittu keväällä 2020 uusi röntgentomografialaite, Nikon XT H 225, jonka lisäksi yliopistolla on käytössä myös vanhempi kuvantamislaite Skyscan 1172. Uuden laitteen suurimpana etuna on huomattavasti parempi läpäisykyky. Se läpäisee muun muassa metallit 30 millimetriin ja alumiinit 120 millimetriin asti. Laite mahdollistaa monipuolisemman kuvantamisen esimerkiksi teollisuuden tarpeisiin. Uudella laitteella onkin jo tehty paljon kuvauksia, vaikka koronapandemia aiheuttikin viivästystä laitteen täysimääräiseen käyttöönottoon.

Kuvassa Nikon XT H 225.

Uusi röntgentomografialaite, Nikon XT H 225
Lähde: Nikon XT H 225 (https://www.nikon.com/products/industrial-metrology/lineup/xray_ct/ct/xth225/img/page_xth225st.png, 27.9.2021)

Hankkeen aikana Savonialla valmistetaan 3D-tulostamalla erilaisia näytekappaleita metallista ja muovista. Kappaleet kuvataan uudella laitteella ja tehdään tarvittavat analyysit. Tuloksia julkaistaan seuraavissa tätä hanketta koskevissa artikkeleissa.

TOMOLAB-hankkeen päätoteuttaja on Itä-Suomen yliopisto, ja muita osatoteuttajia ovat Savon ammattiopisto sekä Luonnonvarakeskus. Hankkeen virallinen nimi on ”Röntgentomografialaboratorion kehittäminen alueen uudistuvan TKIO-toiminnan tueksi”, ja se on EAKR-rahoitteinen hanke.

Ari Tanskanen, tutkimusinsinööri