Künstliche Intelligenz analysiert Mikrostrukturen (KIMi TP1)

Abstract

Im Projekt KIMi wurden Proben aus dem MICAST-Projekt mit Hinsicht auf den Einfluss von Strömung auf die Erstarrung untersucht. Die Proben wurden unter Bedingungen der Mikrogravitation mit und ohne Beeinflussung durch das Anlegen eines rotierenden magnetischen Feldes prozessiert. Die Prozessdaten wurden im Anschluss ausgewertet, um die Lage der Prozesszonen, in denen die vollständige Erstarrung unter den gewünschten Bedingungen abgelaufen ist, zu bestimmen. Die Mikrostruktur der aus den Prozesszonen herausgetrennten Proben wurde mittels Lichtmikroskopie in 2D und mittels Computertomographie in 3D analysiert. Es konnten dabei sowohl die Effekte der induzierten Strömung auf die Dendritenstruktur bestätigt, als auch die Unterschiede bei Erstarrung ohne erzwungene Strömung zwischen Mikrogravitation und Bodenexperimenten gezeigt werden. Für die intermetallischen Phasen im Gefüge konnten die Effekte auf Größe, Distanzen und Position relativ zum Probenzentrum detailliert aufgeschlüsselt werden. Durch die Nutzung der computertomographisch bestimmten Volumeninformationen konnten die notwendigen Informationen für die Bestimmung der Permeabilität gesammelt und für diese Berechnungen genutzt werden. Sowohl für 2D- als auch für 3D-Gefüge konnten ausreichend segmentierte Bilddatensätze präpariert und dem Projektpartner ACCESS zum Training und zur Entwicklung der KI zur Verfügung gestellt werden. Die KI-Modellergebnisse zur Gefügeauswertung konnten im Anschluss mit den Ergebnissen der manuellen Mikrostrukturanalyse verglichen werden. Der Vergleich ergab zufriedenstellende Übereinstimmungen der Ergebnisse und ausreichende Genauigkeiten der Modelle. Die Projektergebnisse konnten erfolgreich auf internationalen Konferenzen präsentiert und in Publikationen in Fachzeitschriften überführt werden.

In the KIMi project, samples from the MICAST project were examined with regard to the influence of flow on solidification. The samples were processed under microgravity conditions with and without the influence of a rotating magnetic field. The process data was then evaluated to determine the location of the process zones in which complete solidification took place under the desired conditions. The microstructure of the samples separated from the process zones was analysed using light microscopy in 2D and computer tomography in 3D. This confirmed the effects of the induced flow on the dendrite structure and also showed the differences in solidification without forced flow between microgravity and ground experiments. For the intermetallic phases in the microstructure, the effects on size, distances and position relative to the sample centre could be broken down in detail. By using the volume information determined by computer tomography, the necessary information for determining permeability was collected and used for these calculations. Sufficiently segmented image data sets were prepared for both 2D and 3D microstructures and made available to the project partner ACCESS for training and developing the AI. The AI model results for structure evaluation could then be compared with the results of the manual microstructure analysis. The comparison showed satisfactory agreement between the results and sufficient accuracy of the models. The project results were successfully presented at international conferences and published in specialist journals.