Un team HZB ha sviluppato un'ingegnosa tavola rotante di precisione presso la linea di luce EDDI a BESSY II e l'ha combinata con un'ottica particolarmente veloce. Ciò ha permesso loro di documentare la formazione di pori nei grani di metallo durante i processi di schiumatura a 25 immagini tomografiche al secondo, un record mondiale.

La qualità dei materiali spesso dipende dal processo di fabbricazione. Nella fusione e nella saldatura, Per esempio, la velocità con cui i fusi solidificano e la microstruttura risultante della lega è importante. Con schiume metalliche, dipende anche da come avviene esattamente il processo di schiumatura. Per comprendere appieno questi processi è necessaria una capacità di rilevamento rapida. Le immagini tomografiche 3D più veloci fino ad oggi sono state ottenute dalla sorgente di raggi X BESSY II gestita dall'Helmholtz-Zentrum Berlin.

Il Dr. Francisco Garcia-Moreno e il suo team hanno progettato un giradischi con rotazione ultra stabile attorno al proprio asse a velocità costante. L'alta precisione è vitale, perché qualsiasi rotolamento attorno all'asse di rotazione o anche minime deviazioni nella velocità di rotazione impedirebbero il calcolo affidabile della tomografia 3D. Mentre le soluzioni disponibili in commercio che costano diverse centinaia di migliaia di euro consentono fino a 20 immagini tomografiche al secondo, i fisici di Berlino sono stati in grado di sviluppare una soluzione notevolmente più economica e ancora più veloce.

"I miei due studenti di dottorato alla Technische Universität Berlin hanno prodotto da soli i portacampioni al tornio, " dice Garcia-Moreno, che si diverte a trovare soluzioni a problemi tecnici complessi e possiede lui stesso una grande maestria. Ulteriori componenti sono stati prodotti nell'officina HZB. Inoltre, Garcia-Moreno e la sua collega, la dott.ssa Catalina Jimenez, avevano già sviluppato ottiche specializzate per la fotocamera CMOS veloce durante le fasi preliminari di questo lavoro, che consentiva la simultanea diffrazione. Ciò consente di registrare circa 2000 proiezioni al secondo, da cui è possibile creare un totale di 25 immagini tomografiche tridimensionali.

Come primo esempio, il team ha studiato i granuli di leghe di alluminio che diventano una schiuma metallica quando vengono riscaldati. Per fare questo, hanno montato una potente lampada a infrarossi sopra il granulato metallico per riscaldare il campione a circa 650 gradi Celsius. Un'immagine tomografica 3D completa con una risoluzione spaziale di 2,5 micrometri (dimensione dei pixel) è stata generata ogni 40 millisecondi. Le quasi 400 immagini tomografiche 3D ora consentono dettagli, analisi risolta nel tempo del processo nel momento in cui si è verificato.

"Volevamo sviluppare una migliore comprensione di come si formano i pori nei granuli, se raggiungono anche le superfici dei granuli e in che misura questo processo varia nei diversi granuli, " spiega Garcia-Moreno. È una questione di rilevanza pratica che interessa anche l'industria. Questo perché i granuli di composti metallici potrebbero riempire forme complicate durante la formazione di schiuma meglio delle schiume prodotte da un blocco di metallo. Tuttavia, la parte stampata sarà in grado di resistere alle sollecitazioni solo se i grani si legheranno strettamente l'uno all'altro durante la schiumatura. Con la tomografia 3D ultraveloce sviluppata presso BESSY II, questo può ora essere osservato in modo molto preciso, così come una moltitudine di altri processi dinamici.

Poiché la linea di luce EDDI deve essere smontata per l'aggiornamento da BESSY II a BESSY-VSR, Garcia-Moreno ha contattato altre fonti di raggi X e prevede di stabilire questo metodo in quei luoghi.