Das IGF-Vorhaben 18102 BG der Forschungsvereinigung „Forschungsgemeinschaft Leder e. V.“ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Unter den Bedingungen der industriellen Massenfertigung ergibt sich die Notwendigkeit, Bauteile
am Computer zu entwerfen und deren physikalisch-mechanisches Verhalten vorab numerisch
zu beurteilen. Jedoch sind FEM- und CAD-Softwarelösungen für das weichelastische
Flächenmaterial Leder derzeit nicht kommerziell verfügbar.

Das Ziel des gemeinsamen Forschungsprojektes von FILK und Fraunhofer ITWM bestand darin, mit vertretbarem Aufwand typische Lederstrukturelemente aus 3D-Bilddaten zu extrahieren und diese Strukturbestandteile anschließend fundiert zu parametrisieren. Diese Parameter wiederum sollten als Eingabedaten für die Erstellung eines strukturmechanischen multiskaligen Lederstrukturmodells dienen, welches die Basis für FEM-Simulationen der mechanischen Ledereigenschaften bildet.

Es ist gelungen, durch spezielles Abstimmen bildgebender Analyseverfahren wie Mikrocomputertomografie (μ-CT), Computertomografie unter Einsatz von Synchrotronstrahlung
(SR-μ-CT) und sequentieller Elektronenmikroskopie (SBF-REM) auf das Untersuchungsmaterial
Leder detaillierte Darstellungen der hierarchischen Mikrostruktur zu generieren. Unter
Verwendung eigens entwickelter, automatisiert operierender Segmentierungsalgorithmen
konnte erstmals die Lücke zwischen Rohbilddatenerfassung und digitaler Bildverarbeitung/
-auswertung von Ledermaterialien geschlossen werden. Erstmalig gelang es unter minimaler
Benutzerinteraktion aus den mittels μ-CT erhaltenen Rohbilddaten verschiedener Lederproben
spezifische Strukturinformationen zu extrahieren, relevante Substrukturen zu segmentieren,
intrinsische morphologische Unterschiede wiederzugeben und entsprechende mikromechanische
Eigenschaften zu quantifizieren (Parametrisierung der Lederstruktur).

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