CTCentre – Digitales Tomographiezentrum für funktionale Komposite

Am Hamburger Campus der Helmut-Schmidt-Universität entsteht unter Einbindung des Helmholtz-Zentrums Hereon ein neues digitales Tomographiezentrum, welches umfassende digital aufgewertete Strukturanalysekompetenzen aufbauen und der Gemeinschaft zur Verfügung stellen wird, um funktionale Komposite rational zu entwickeln. Deutschlandweit einmalig, wird die Nanotomographiestrahllinie am DESY mit mehreren laborbasierten Tomographieanlagen an der Helmut-Schmidt-Universität kombiniert und in ein digitales Ökosystem eingebunden, das über die nötige Kompetenz und Rechenkapazität verfügt, große Mengen Tomographiedaten effizient und zentral zu speichern und zu analysieren. Dabei steht die Mehrwertgewinnung durch bildbasierte, physikalische Modellierung ebenso im Mittelpunkt wie die Nutzung künstlicher Intelligenz, um die großen Datenmengen optimal und anwendungsorientiert zu verwerten. Das Zentrum wird in der Lage sein, Strukturaufklärung vom Nanometerbereich bis zu technischen Längenskalen anzubieten und intelligent digital miteinander zu verknüpfen.


Projektlaufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2023


In dem auf vier Jahre angelegtem Projekt wird zunächst neue digitale und experimentelle Infrastruktur geschaffen. Die in Hamburg vorhandenen Tomographieanlagen werden durch eine neue Mikro-Computertomographieanlage ergänzt, um so alle Längenskalen von Nanometern bis zu technischen Objekten auflösen zu können. Wichtiger Bestandteil des Zentrums wird ein neuer Datenspeicher der Petabyte-Klasse sein, welcher die großen Datenmengen schnell und effizient speichern kann und die Schnittstelle zwischen den experimentellen Anlagen des Zentrums und dem entstehenden digitalen Ökosystem zur Bildverarbeitung und bildbasierenden Simulation darstellt.

Forscher werden die neuen Möglichkeiten nutzen, um entscheidende Fortschritte bei der Bildverarbeitung zu machen. So soll künstliche Intelligenz genutzt werden, um mit Hilfe von Synchrotrondaten die Auflösung der Laborgeräte zu verbessern. Ziel ist es, mit den leichter verfügbaren Laborplattformen näher an die Möglichkeiten einer synchrotronbasierten Anlage zu kommen sowie die Synchrotronstrahlung gezielter für die Bereiche einzusetzen, die am stärksten von den Möglichkeiten eines Synchrotrons profitieren für die Klärung von wissenschaftlichen Fragestellungen.

Das Zentrum wird sich außerdem durch die konsequente Integration physikalischer Modellierung in den Datenverarbeitungsprozess auszeichnen. Hierfür entwickeln die Forscher spezielle Software, die die Möglichkeiten paralleler Hochleistungsrechner voll nutzt. Nutzern des Zentrums sollen nicht nur Bilddaten zur Verfügung gestellt werden, sondern auf Knopfdruck sollen Transport- und Funktionseigenschaften tomographierter Komposite digital hinzugefügt werden, um den Nutzwert der Daten zu steigern.

In einer ersten Phase wird das Zentrum sich mit der Mikrostrukturentwicklung von Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeichern sowie additiv gefertigten Präzisionswerkzeugen auseinandersetzen. Die neuen Möglichkeiten sollen eingesetzt werden, um die Morphologieentwicklung der Wasserstoffspeicher über alle relevanten Längenskalen während Lade- und Entladevorgängen zu verfolgen und zu simulieren, um so neue Speicherkonzepte mit optimierten Massen- und Wärmetransport entwickeln zu können. Die Simulation der Wärmetransporteigenschaften steht auch im Mittelpunkt des Forschungsinteresses bei den additiv gefertigten Hochpräzisionswerkzeugen. Hier soll die Mikrostruktur, welche sich aus dem Fertigungsverfahren ergibt, aufgeklärt werden, und durch automatisierte Modellierung deren Wärmetransporteigenschaften ermittelt werden, um temperaturbedingte Dimensionsänderungen zu minimieren.

Projektleitung

Prof. Dr. Denis Kramer
Helmut-Schmidt-Universität |
Universität der Bundeswehr Hamburg
Fakultät für Maschinenbau
Lehrstuhl für Computational Materials Design
Tel.: +49 40 6541-3602
E-Mail: cmd@hsu-hh.de
www.hsu-hh.de