Terahertz-Technologie in der K-Industrie Potentiale und Einsatzmöglichkeiten Stefan Kremling 15. September 2016

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1 Terahertz-Technologie in der K-Industrie Potentiale und Einsatzmöglichkeiten Stefan Kremling 15. September Forum Kunststoffanalytik, Currenta

2 Die Adresse wenn s um Kunststoff geht Zahlen Daten Fakten Gegründet 1961 in Würzburg Über 350 Mitarbeiter Mehr als 350 Mitglieder in der Fördergemeinschaft für das Kunststoff-Zentrum Mitglied der AiF Gründungsmitglied der Zuse-Gemeinschaft 2

3 Produktqualität Prüfung Analytik und Service für Materialien und Erzeugnisse (Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025) Güte- und Qualitätssicherung Qualitätssicherung von über 150 Firmen in 23 Ländern mit insgesamt ca verschiedenen Produkten (Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17020) Produkt-Zertifizierung u.a. CE-Zeichen nach BPG Notifizierung als Überwachungs- und Zertifizierungsstelle 3

4 Weiterbildung für Fach- und Führungskräfte 600 Praxislehrgänge zu Kunststoffver- und bearbeitung 100 Seminare als Fachveranstaltungen 30 Fachtagungen und Kongresse mit nationalem und internationalem Publikum ca Teilnehmer m 2 Labor und Technika 4 4

5 Magnetresonanz Thermografie Terahertz-Technologie Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) Sammelbegriff für Prüfverfahren Bestimmung der Qualität, OHNE 5 Zerstörung bzw. dauerhafte Veränderung 100%-Kontrolle Dynamische Verfahren Physikalische Effekte Optische Sichtprüfung Mikrowellentechnologie Schwingungsanalyse Vibrometrie Shearografie Wirbelstromprüfung Farbeindringprüfung Ultraschall Potentialfeldmessung UV/VIS/NIR-Spektroskopie Computer-Tomografie (CT)

6 Leistung / mw Terahertz-Technologie THz-Spektralbereich: 100 GHz 10 THz 3 mm 30 µm 0,41meV 41 mev HF Elektronik Optik 6

7 Terahertz-Systemarten Vollelektronische Systeme Optische Systeme THz Welle Oszillator V ~ Amp Filter Multiplier x6 THz Puls Mixer Tx/Rx F Tx FRx 7 (

8 FT-IR HF-Radar THz-Systeme Optische THz-Systeme THz-Ausstattung am SKZ TD-THz 0,05-3 THz 0,05-4 THz Imaging/Spektroskopie (20 x 20 cm², Trockenluft) Imaging/Spektroskopie (10 x 10 cm², Trockenluft) cw-thz 0,05-2 THz Imaging/Spektroskopie (20 x 20 cm²) 1-Kanal (Reflexion) 0,1 THz Imaging (65 x 65 cm²) 4-Kanal 0,1 THz Tomografie 1,5-20 THz Spektroskopie (Transmission/ATR) 8

9 Eigenschaften von THz-Strahlung Elektrisch leitfähige Materialien reflektieren THz-Strahlung Wasser(dampf) absorbiert stark THz- Strahlung (insbesondere > 0.5 THz) Dielektrische Materialien können sehr gut durchdrungen werden THz Strahlung ist nicht-ionisierend Elektromagnetische Wellen ermöglichen berührungslose Messungen 9

10 Permittivität 10 Wikipedia.de

11 Brechungsindex THz & Kunststoff Generell: Kunststoffe sind dielektrisch und somit transparent für THz-Strahlung! Speziell: Polymere mit nicht-polaren Bindungen (z.b. PP, PE) absorbieren kaum THz- Strahlung Polymere mit vorzugsweise polaren Bindungen (z.b. PLA, PVC, PET) absorbieren stark meist mit steigender Frequenz. Elastomere und Duroplaste absorbieren ebenfalls stark Absoptionskoeff. a / cm -1 11

12 Spektroskopie Teraview.com Nat. Phot. 2, (2008) Spektrale Absorptionslinien bei Kunststoffen? Eigentlich nicht PE 2,2 THz Polyamide? Spektrale Absorptionslinien - Zuckerderivaten - Sprengstoffen - Drogen PS PE 12 Opt. Exp. 2549, 11(20), 2003

13 Absorptionskoeffizient (1/cm) Spektroskopie Frequenz (THz) N. Krumbholz, T. Hochrein et al., Proceedings of IRMMW-THz 2009 Wellenzahl (1/cm) 13

14 Detektion Füllstoffgehalt PP + Kreide, aus Granulat gepresstes Bauteil, Dicke = 4,2 mm Soll-Füllstoffgehalte: Platte: 16 Gew.-% Buchstaben: 26 Gew.-% Probenfoto THz-Laufzeitbild 14

15 Faserausrichtung 4 mm PP-Platte gefüllt mit 30 Gew.-% Glasfasern Herstellung durch Spritzgießen Anspritzung Anspritzung 15

16 Detektion Feuchtigkeit WPC (Wood Polymer Compound) Vol. % H 2 O Polyamide 16

17 Strukturanalyse 17

18 Strukturanalyse 18

19 Prüfung von Faserverbundwerkstoffen PE Geldstücke PP Carbon Schaum Holz GFK Alu + Handschuh 19

20 Wanddickenmessung Geschäumtes PVC Rohr Terahertz-Messung einfallender Strahl reflektierte Strahlen Wanddicken im Vergleich mit Referenzmessungen d 1-2 / mm d 2-3 / mm d 3-4 / mm d 1-4 / mm Terahertz 0,62 ± 0,01 2,35 ± 0,01 0,69 ± 0,01 3,66 ± 0,02 Messschieber / Optisches Verfahren 0,6 ± 0,2 2,4 ± 0,2 0,7 ± 0,2 3,65 ± 0,01 Brechungsindex 1,70 1,30 1,70-20

21 Schichtdickenmessung Lackschichten Foliendicken JOT 9, (2015) 21

22 Prozesskontrolle Inline Kontrolle während des Extrusionsprozesses: Messung von Durchmesser, Ovalität, Wanddicken und Sagging Auch geschäumte und Wellrohre messbar Optische und elektronische Systeme Sikora.net 22 Inoex.de

23 THz-Systeme Hubner-terahertz.de Teraview.com Terasense.com micro-radar.de Becker-photonik.de 23

24 Veranstaltungen 24

25 Vielen Dank! Kontakt: Dr. Stefan Kremling +49 (0)