Categoría: Perfilometría | Geometría y forma

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Doctor Duanjie Li

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introducción

Blood is carried through arteries from the heart to the rest of the body. Any weakening or blockage of these vessels can pose significant health risks and may become life-threatening. A stent is a small mesh tube inserted into the lumen of a blood vessel to treat narrowed or weakened arteries. Stent implantation is now a widely used procedure to support the arterial wall and restore blood flowᶦ.

Metal stent mesh geometry illustrating the structural complexity of vascular implant design.

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

Drug-eluting stents represent a major advancement in stent technology. They incorporate a biodegradable, biocompatible polymer coating that enables controlled drug release at the arterial site, helping to inhibit intimal thickening and reduce the risk of restenosisᶦᶦ.

A critical concern in these systems is the delamination of the polymer coating from the metallic stent substrate. This coating carries the drug-eluting layer, and its adhesion directly impacts device performance and reliability.

To improve coating adhesion, stents are often designed with complex geometries. In this study, the polymer coating is located at the bottom of grooves within the stent mesh. This configuration presents a significant challenge for adhesion measurement.

A reliable method is required to quantitatively evaluate the interfacial strength between the polymer coating and the metal substrate. The small diameter of the stent mesh, comparable to a human hair, combined with its three-dimensional geometry, requires:

ultrafine X-Y positioning accuracy
precise control of applied load
accurate depth measurement during testing

ℹ️ Más información nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the Comprobador mecánico NANOVEA PB1000, in Nano Scratch Mode, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal mesh of stent samples.

Controlled scratch measurements are carried out on stent geometries with dimensions comparable to a human hair, enabling precise evaluation of coating adhesion on complex stent structures.

NANOVEA PB1000 Advanced

Comprobador mecánico

Condiciones de prueba

1. Regular Stent Samples

The stent is fixed on the sample stage, with a support wire inserted inside the stent tube to ensure stability during nano scratch testing. The NANOVEA Mechanical Tester is used to perform nano scratch measurements using the parameters summarized in Table 1, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal substrate.

Parameter	Value
Load type	Progresiva
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Cónica
Indenter material (tip)	Diamante
Indenter tip radius	20 µm
Temperatura	24°C (room)

Cuadro 1: Test parameters for nano scratch measurements on regular stent samples

2. Grooved Stent Samples

The SEM image in Fig. 1 shows the cross-section of the stent sample. The stent features a groove with a depth of approximately 30 µm. The polymer coating, with a thickness of 10.8 µm, is located at the bottom of the groove.

Standard 60° conical diamond tips are not sharp enough to reach the bottom of the groove without contacting the sidewalls. Therefore, a sharper 40° conical diamond tip is used in this study (Fig. 2).

Nano scratch measurements are performed using the parameters summarized in Table 2.

Parameter	Value
Load type	Progresiva
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Loading rate	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diamante
Indenter tip radius	5 µm

Table 2: Test parameters for nano scratch measurements on grooved stent samples

Fig. 1: SEM cross-section of a grooved stent showing polymer coating located at the bottom of the groove, highlighting the challenge of coating adhesion measurement in recessed geometries.

Fig. 2: Schematic of a 40° conical diamond tip designed for nano scratch testing inside stent grooves, enabling accurate adhesion measurement without sidewall interference.

Resultados y debate

The stent mesh has a diameter of approximately 100 μm, comparable to a human hair. Precise positioning is therefore critical to ensure the scratch test is performed at the center of the stent mesh. The NANOVEA Mechanical Tester provides X–Y positioning accuracy down to 0.25 μm, enabling accurate test placement under the integrated optical microscope.

1. Regular Stent Samples

Nano scratch testing is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch track on the stent is shown in Fig. 3a, while failure behavior at different stages is presented in Fig. 3b and 3c.

Two critical loads are identified:

Lc1: the load at which the first visible damage appears on the coating
Lc2: the load at which the coating is fully removed and the substrate is exposed

The evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth is shown in Fig. 4, providing insight into the progression of coating failure during the test.

The first signs of coating damage appear at Lc1 ≈ 14.5 mN. As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a wider and deeper scratch track. During this phase, the COF increases from approximately 0.05 to 0.7.

At Lc2 ≈ 78.1 mN, the coating is fully delaminated from the metal substrate. Beyond this point, as the load continues to increase, both COF and penetration depth remain relatively stable due to the mechanical support of the underlying metal substrate.

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

Fig. 3: Nano scratch track on a stent coating under progressively increasing load, showing (a) full scratch path, (b) initial coating failure at Lc1 ≈ 14.5 mN, and (c) complete coating delamination at Lc2 ≈ 78.1 mN.

Fig. 4: Evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth during nano scratch testing of a stent coating under progressively increasing load, showing the progression of coating failure and transition to substrate support.

Failures during nano scratch testing up to a maximum load of 300 mN occur at critical loads below 100 mN. To enable a more quantitative comparison of coating performance, additional tests are performed with a maximum load of 100 mN on two stent samples, referred to as Sample 1 and Sample 2.

Fig. 5 compares the scratch tracks of Sample 1 and Sample 2 after nano scratch testing. Sample 1 exhibits the first sign of coating damage at a critical load of Lc1 ≈ 13.2 mN, while Sample 2 shows initial failure at a higher load of Lc1 ≈ 21.1 mN.

Coating delamination occurs at 62.5 mN for Sample 1. In contrast, the coating on Sample 2 remains intact throughout the test, continuing to protect the metal substrate under the same loading conditions.

This behavior is further reflected in the evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth, as shown in Fig. 6. When the diamond tip penetrates through the coating and contacts the metal substrate in Sample 1, the COF reaches a peak while the penetration depth decreases due to the increased stiffness of the underlying substrate.

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

Fig. 5: Comparison of nano scratch tracks for two stent coatings, showing (a) early coating failure and delamination in Sample 1, and (b) improved coating integrity in Sample 2 under the same loading conditions.

Fig. 6: Comparison of coefficient of friction (COF) and penetration depth for Sample 1 and Sample 2 during nano scratch testing, showing earlier substrate contact and higher friction response in Sample 1, indicating weaker coating adhesion.

2. Grooved Stent Samples

As shown in Fig. 1 and Fig. 7, the grooved stent mesh has a diameter of approximately 90 μm, comparable to a human hair. The groove has a width of ~50 μm and a depth of 30 μm. This geometry presents a significant challenge for nano scratch testing, particularly for evaluating coating adhesion at the bottom of the groove.

Precise positioning is critical to locate the scratch test within the groove. The nano scratch test is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch tracks of grooved stent Samples 3 and 4 are compared in Fig. 7.

The critical load Lc is defined as the load at which the coating fails and the substrate becomes exposed. The evolution of normal load and penetration depth, shown in Fig. 8, provides further insight into the progression of coating failure during testing.

As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a deeper scratch track. When the critical load Lc is reached, the coating delaminates from the metal substrate.

Sample 3 exhibits coating failure at Lc ≈ 126 mN, while Sample 4 fails at a higher load of Lc ≈ 173 mN. This difference indicates stronger adhesion of the coating in Sample 4.

The measured critical loads enable quantitative comparison of coating adhesion performance. Under the same testing conditions, the coating on Sample 4 demonstrates higher resistance to delamination, making it the better-performing candidate in this study.

(d) Sample 4 – Higher Adhesion in Groove (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 7: Nano scratch tracks inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing (c) coating failure at Lc ≈ 126 mN in Sample 3 and (d) higher adhesion with delayed failure at Lc ≈ 173 mN in Sample 4.

(a) Sample 3 – Earlier Coating Failure (Lc ≈ 126 mN)

(b) Sample 4 – Delayed Failure and Higher Adhesion (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 8: Evolution of normal load and penetration depth during nano scratch testing inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing earlier coating failure in Sample 3 and delayed failure at higher load in Sample 4. The vertical green line indicates the critical load (Lc) where coating delamination occurs.

Conclusión

This study demonstrates the ability of the NANOVEA Mechanical Tester to quantitatively evaluate the cohesive and adhesive strength of polymer coatings on both regular and grooved stent geometries using nano scratch testing.

The recessed geometry of the stent grooves, approximately 50 μm wide and 30 μm deep, presents a significant challenge for coating adhesion measurement. The high X–Y positioning accuracy of 0.25 μm enables precise placement of the scratch test within these confined regions, allowing direct evaluation of coating performance where failure is most critical.

By applying a controlled, progressively increasing load, critical loads associated with coating failure can be identified and compared across samples. This approach enables reliable differentiation of coating adhesion performance and interfacial integrity, even on small, complex stent structures.

Referencias

[I] http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/stents
[II] http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-99402006000300008

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

Stent coating adhesion testing evaluates how strongly a polymer coating is bonded to the metal substrate of a stent. Techniques such as nano scratch testing quantify the load at which coating damage and delamination occur, providing measurable indicators of adhesion strength.

What is critical load (Lc) in nano scratch testing?

Critical load (Lc) is the applied load at which a coating fails during a scratch test.

Lc1 corresponds to the first visible damage in the coating
Lc2 indicates complete coating removal and exposure of the substrate

These values are used to quantify and compare coating adhesion performance.

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

Coating adhesion directly affects the reliability of drug-eluting stents. Poor adhesion can lead to coating delamination, which may compromise controlled drug release and increase the risk of device failure.

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

Measuring adhesion inside stent grooves requires high positioning accuracy and appropriate indenter geometry. Nano scratch testing with sharp diamond tips allows access to recessed coating regions, enabling direct evaluation of adhesion within complex stent geometries.

What does coefficient of friction (COF) indicate in scratch testing?

The coefficient of friction (COF) reflects changes in surface interaction during the scratch test. A sudden increase in COF often indicates coating failure and contact between the indenter and the underlying metal substrate.

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

Nano scratch testing enables direct comparison of coatings by measuring critical loads under controlled conditions. Higher critical loads indicate stronger adhesion and improved resistance to delamination, allowing selection of better-performing coating systems.

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

Preparado por

Walter Alabiso, PhD; Davide Morrone, MPhys; Andrew Shore, MA

Introducción

The ability to accurately characterize tooth surfaces, including micro-roughness and 3D surface topography at the nanometer scale, enables advanced research and applications in orthodontics and dental materials science. Non-contact optical profilometry provides a precise method for measuring dental surface roughness and analyzing tooth surface morphology without damaging delicate structures. These measurements support the development of composite dental materials that replicate the natural surface roughness of enamel, as well as the design and fabrication of patient-specific dental casts and restorative components.

Low surface roughness plays a primary role in limiting bacterial adhesion and plaque formation, thereby reducing the risk of cavities. An increase in average roughness (Ra) above 2 µm leads to a steep increase in biofilm formation in vivo.¹ An Ra of 0.2 µm is considered the threshold value below which no further reduction in bacterial adhesion can be expected.²

Reconstruction of the tooth’s 3D surface topography enables the fabrication of dental casts, which are essential for accurate diagnosis, treatment planning, and the fabrication of dental appliances.

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

The present study illustrates the potential of NANOVEA’s high-precision non-contact optical profilometers for dental surface roughness measurement and 3D tooth topography analysis. Chromatic Light technology offers significant advantages over classical touch probe techniques. It acquires data points from deep crevices and complex geometries without introducing measurement errors or artifacts caused by local plastic deformation and without requiring extensive data manipulation.

Compared to focus variation systems, single-point optical sensing provides superior lateral and height accuracy, with X/Y resolution below 0.5 µm, maximum vertical resolution of 1.9 nm, and the ability to measure surface angles up to 87°. The technique is effective on transparent, opaque, specular, diffusive, polished, and rough dental surfaces, making it well suited for comprehensive dental surface characterization.

ℹ️ Más información non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

En esta aplicación, el NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to analyze the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar previously affected by tooth decay. The side of the tooth was scanned using a PS2–MG140 single-point optical sensor to measure surface roughness parameters over a defined region of interest and along multiple line profiles.

The crown of the tooth was then scanned and reconstructed using a PS5–MG35 single-point optical sensor, which is suited for larger-area acquisition and full 3D tooth topography measurement.

NANOVEA JR25 Portable
Perfilómetro óptico

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

Surface roughness measurements were performed on the lateral side of the molar crown, followed by full 3D reconstruction of the crown surface. Separate single-point optical sensors were used to optimize measurement accuracy for both localized roughness analysis and large-area surface topography acquisition.

PS2 – MG140

Surface roughness analysis by area and parallel line profiles on the side of the tooth’s crown.

PS5 – MG35

Full 3D surface reconstruction of the tooth’s crown.

Parámetros de medición

The following measurement parameters were used for localized surface roughness analysis and full 3D surface reconstruction of the molar crown using NANOVEA single-point optical sensors.

Parameter	Roughness Analysis (Area)	Roughness Analysis (Profiles)	Full 3D Reconstruction
Optical Pen	PS2-MG140	PS2-MG140	PS5-MG35
Z-Range [µm]	300	300	10000
X-Distance [mm]	2.00	3.00	7.50
X-Step Size [µm]	1.70	1.70	10.00
Y-Distance [mm]	2.00	1.00	7.00
Y-Step Size [µm]	1.70	100.00	10.00
Average (Avg)	1	1	1
Measurement Type	Direct	Direct	Direct
Acquisition Mode	Single Frequency	Single Frequency	Double Frequency
Acquisition Rate [Hz]	200	200	100–400
Light Intensity [%]	100	100	100

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

The PS2 single-point optical sensor was used to investigate fine surface features on the side of the tooth. The image below shows a false-color 2D surface map of the scanned region obtained by non-contact optical profilometry.

A least-squares degree-8 polynomial form removal was applied to isolate the surface roughness component. The roughness filters S-Gaussian 2.5 µm and L-Gaussian 0.8 mm were then applied according to ISO 25178. The resulting filtered surface and corresponding roughness parameters are presented below.

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
Sq	2.433	µm	Altura media cuadrática
Ssk	-0.102		Skewness
Código	3.715		Kurtosis
Sp	18.861	µm	Altura máxima del pico
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Altura máxima
Sa	1.888	µm	Altura media aritmética

The average surface roughness Sa is 1.888 µm, while the peak-to-valley height Sz reaches 35.414 µm.

A 3D surface rendering of the filtered area is shown below for visualization.

Roughness Analysis (Profiles)

Surface roughness profiles were measured using a series of 11 parallel line scans along the X direction on the side of the tooth. The false-color 2D surface map of the raw scan is shown below.

The surface form was removed using a least-squares 8-degree polynomial prior to applying the metrological filters, leaving the residual surface shown below.

A statistical analysis of the measured surface roughness profiles reveals the following line roughness parameters.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: Ninguno
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Evaluation length: All λc (3)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	5.683	0.761	4.315	6.610
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	6.242	1.009	4.701	8.438
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	11.925	1.676	9.123	15.048
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	2.063	0.297	1.710	2.629
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	2.523	0.361	2.057	3.175

F: Ninguno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

The value of Ra is consistent with the Sa value extracted from the surface area measurement.

Different metrological filters can be applied to distinguish between macroscopic waviness and microscopic surface roughness. For example, a coarser filter cut-off, such as the 8 mm cut-off used with the Robust Gaussian order-2 filter, produces a smoother waviness profile (red) that is less sensitive to sharp local variations and follows the original surface profile more loosely.

Alternatively, a finer cut-off (e.g., 0.08 mm) enables the analysis of micro-roughness by removing the waviness component that follows the original profile at a larger scale, leaving the finer surface roughness features of the tooth visible.

The microroughness analysis obtained using a 0.08 mm L-Gaussian filter is presented below.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: Ninguno
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.08 mm
Evaluation length: All λc (37)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	1.582	0.122	1.342	1.748
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	1.466	0.119	1.254	1.661
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	3.049	0.196	2.820	3.409
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	0.495	0.047	0.423	0.597
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	0.643	0.056	0.562	0.762

F: Ninguno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

The extended Z-scan range of the PS5 optical sensor enables high-fidelity scanning of the entire tooth crown surface. The resulting 3D surface topography is shown below.

2D VIEW: 2D surface map of the tooth crown measured with optical profilometry

3D VIEW: High-fidelity 3D rendering of the molar crown surface obtained with optical profilometry

Conclusión

In this application, the NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to measure the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar.

Both the area scan and the line profile analysis revealed a roughness Rq of approximately 2.5 µm and an Ra of about 1.9–2.0 µm. These values are consistent with results reported in the literature.³ The use of a narrower L-Gaussian filter with an 80 µm cut-off enabled further investigation of micro-roughness, revealing an Rq of 0.643 µm and an Ra of 0.495 µm.

The full 3D surface topography of the molar crown was reconstructed with high fidelity. The high measurement resolution allows detection of fine surface features and crevices. The resulting surface data can be easily processed and exported as STL files, enabling the design and fabrication of customized dental devices and restorative components.

Referencias

[1] Shin, B.W., et al. Surface Roughness of Prefabricated Pediatric Zirconia Crowns Following Simulated Toothbrushing. Pediatric Dentistry 44.5 (2022): 363–367.
[2] Bollen, C.M.L., Paul Lambrechts, and Marc Quirynen. Comparison of surface roughness of oral hard materials to the threshold surface roughness for bacterial plaque retention: A review of the literature. Dental Materials 13.4 (1997): 258–269.
[3] Suputtamongkol, K., et al. Surface roughness resulting from wear of lithia-disilicate-based posterior crowns. Wear 269.3–4 (2010): 317–322.

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

Dental surface roughness measurement quantifies the microscopic texture of tooth surfaces using parameters such as Ra, Rq, and Sa. Optical profilometers measure these features without contacting the surface, allowing accurate analysis of enamel, restorative materials, and dental crowns.

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

Optical profilometry provides non-contact surface measurement with nanometer-scale vertical resolution. It captures 2D surface maps and full 3D surface topography of dental structures without damaging soft or polished surfaces.

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

Common roughness parameters include Ra (arithmetic mean roughness), Rq (root mean square roughness), Sa (areal roughness), and Sz (maximum surface height). These parameters help evaluate enamel wear, plaque adhesion risk, and the performance of restorative materials.

Why is surface roughness important in dentistry?

Surface roughness affects plaque retention, wear resistance, and the long-term performance of dental restorations. Controlling micro-roughness can reduce bacterial adhesion and improve the durability of dental materials.

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

Inspección de superficies soldadas con un perfilómetro 3D portátil

Inspección de superficies soldadas

utilizando un perfilómetro 3D portátil

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Puede ser fundamental que una soldadura concreta, normalmente inspeccionada visualmente, se examine con un nivel extremo de precisión. Las áreas específicas de interés para un análisis preciso incluyen las grietas superficiales, la porosidad y los cráteres sin rellenar, independientemente de los procedimientos de inspección posteriores. Las características de la soldadura, como la dimensión/forma, el volumen, la rugosidad, el tamaño, etc., pueden medirse para realizar una evaluación crítica.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE SUPERFICIES SOLDADAS

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto, mediante el cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la disposición abierta y no es necesario preparar las muestras. Se obtiene un rango de nano a macro durante la medición del perfil de la superficie sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados y no hay manipulación de los resultados por parte del software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. Las capacidades 2D y 2D de los perfilómetros portátiles NANOVEA los convierten en instrumentos ideales para la inspección completa de la superficie de soldadura, tanto en el laboratorio como en el campo.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utiliza el perfilómetro portátil NANOVEA JR25 para medir la rugosidad de la superficie, la forma y el volumen de una soldadura, así como el área circundante. Esta información puede proporcionar datos fundamentales para investigar adecuadamente la calidad de la soldadura y el proceso de soldadura.

NANOVEA

JR25

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

La imagen siguiente muestra la vista 3D completa de la soldadura y la zona circundante, junto con los parámetros superficiales de la soldadura únicamente. A continuación se muestra el perfil de la sección transversal en 2D.

la muestra

Una vez eliminado el perfil transversal 2D anterior del 3D, se calcula la información dimensional de la soldadura a continuación. Área superficial y volumen del material calculados solo para la soldadura a continuación.

	AGUJERO	MÁXIMO
SUPERFICIE	1,01 mm²	14,0 mm²
VOLUMEN	8,799e-5 mm³	23,27 mm³
PROFUNDIDAD/ALTURA MÁXIMA	0,0276 mm	0,6195 mm
PROFUNDIDAD/ALTURA MEDIA	0,004024 mm	0,2298 mm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión las características críticas de una soldadura y la superficie circundante. A partir de la rugosidad, las dimensiones y el volumen, se puede determinar y/o investigar más a fondo un método cuantitativo para la calidad y la repetibilidad. Las soldaduras de muestra, como el ejemplo de esta nota de aplicación, se pueden analizar fácilmente con un perfilómetro NANOVEA de mesa estándar o portátil para pruebas internas o de campo.

¿Tiene una aplicación similar?

Análisis fractográfico mediante perfilometría 3D

ANÁLISIS FRACTOGRÁFICO

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fractografía es el estudio de las características de las superficies fracturadas y, históricamente, se ha investigado mediante microscopio o SEM. Dependiendo del tamaño de la característica, se selecciona un microscopio (características macro) o un SEM (características nano y micro) para el análisis de la superficie. Ambos permiten, en última instancia, identificar el tipo de mecanismo de fractura. Aunque eficaz, el microscopio tiene claras limitaciones y, en la mayoría de los casos, salvo para el análisis a nivel atómico, el SEM no es práctico para la medición de superficies fracturadas y carece de una capacidad de uso más amplia. Con los avances en la tecnología de medición óptica, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto Ahora se considera el instrumento preferido, gracias a su capacidad para proporcionar mediciones de superficies en 2D y 3D a escala nano y macro.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE FRACTURAS

A diferencia de un SEM, un perfilómetro 3D sin contacto puede medir casi cualquier superficie y tamaño de muestra, con una preparación mínima de la muestra, al tiempo que ofrece dimensiones verticales/horizontales superiores a las de un SEM. Con un perfilómetro, las características del rango nano a macro se capturan en una sola medición sin influencia alguna de la reflectividad de la muestra. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. El perfilómetro 3D sin contacto ofrece una amplia capacidad y es fácil de usar para maximizar los estudios de fractura de superficies a una fracción del costo de un SEM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utiliza el NANOVEA ST400 para medir la superficie fracturada de una muestra de acero. En este estudio, mostraremos un área 3D, la extracción del perfil 2D y el mapa direccional de la superficie.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS

SUPERFICIE SUPERIOR

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía	51.26%
Primera dirección	123,2º
Segunda dirección	116,3º
Tercera dirección	0,1725º

El área superficial, el volumen, la rugosidad y muchos otros parámetros se pueden calcular automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

RESULTADOS

SUPERFICIE LATERAL

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía	15.55%
Primera dirección	0.1617º
Segunda dirección	110.5º
Tercera dirección	171.5º

El área superficial, el volumen, la rugosidad y muchos otros parámetros se pueden calcular automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ST400 puede caracterizar con precisión la topografía completa (características nano, micro y macro) de una superficie fracturada. A partir del área 3D, la superficie se puede identificar claramente y se pueden extraer y analizar rápidamente subáreas o perfiles/secciones transversales con una lista interminable de cálculos de superficie. Las características de la superficie subnanométricas se pueden analizar más a fondo con un módulo AFM integrado.

Además, NANOVEA ha incluido una versión portátil en su línea de perfilómetros, especialmente importante para estudios de campo en los que la superficie de fractura es inamovible. Con esta amplia lista de capacidades de medición de superficies, el análisis de superficies de fractura nunca ha sido tan fácil y cómodo con un solo instrumento.

¿Tiene una aplicación similar?

Desgaste y fricción de la correa de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

La transmisión por correa transmite potencia y sigue el movimiento relativo entre dos o más ejes giratorios. Como solución sencilla y económica con un mantenimiento mínimo, las transmisiones por correa se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como sierras de disco, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y cintas transportadoras. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

La fricción y el desgaste son inevitables en las correas de una máquina accionada por correa. Una fricción suficiente garantiza una transmisión eficaz de la potencia sin deslizamientos, pero una fricción excesiva puede desgastar rápidamente la correa. Durante el funcionamiento de la transmisión por correa se producen diferentes tipos de desgaste, como la fatiga, la abrasión y la fricción. Con el fin de prolongar la vida útil de la correa y reducir los costes y el tiempo de reparación y sustitución de la correa, es conveniente evaluar de forma fiable el desgaste de las correas para mejorar su vida útil, la eficacia de la producción y el rendimiento de la aplicación. La medición precisa del coeficiente de fricción y del índice de desgaste de la correa facilita la I+D y el control de calidad de la producción de correas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de correas con diferentes texturas superficiales para mostrar la capacidad de la NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial se evaluaron mediante el NANOVEA Alta carga Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro) como contramaterial. La rugosidad superficial y la huella de desgaste se examinaron utilizando un Perfilómetro 3D sin contacto. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=Vl(Fxs)donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo una bola lisa de acero 440, pero puede aplicarse cualquier material sólido con diferentes formas y acabados superficiales utilizando dispositivos personalizados para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DEBATE

La banda texturizada y la banda lisa tienen una rugosidad superficial Ra de 33,5 y 8,7 um, respectivamente, según los perfiles superficiales analizados tomados con un NANOVEA Perfilador óptico 3D sin contacto. El COF y la tasa de desgaste de las dos correas probadas se midieron a 10 N y 100 N, respectivamente, para comparar el comportamiento de desgaste de las correas a diferentes cargas.

FIGURA 1 muestra la evolución del COF de las correas durante las pruebas de desgaste. Las correas con diferentes texturas muestran comportamientos de desgaste sustancialmente diferentes. Resulta interesante que, tras el periodo de rodaje durante el cual el COF aumenta progresivamente, la correa texturizada alcanza un COF inferior de ~0,5 en las dos pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa sometida a la carga de 10 N muestra un COF significativamente superior de~ 1,4 cuando el COF se estabiliza y se mantiene por encima de este valor durante el resto de la prueba. La correa lisa sometida a la carga de 100 N se desgastó rápidamente por la bola de acero 440 y formó una gran huella de desgaste. Por lo tanto, la prueba se detuvo a 220 revoluciones.

FIGURA 1: Evolución del COF de las correas a diferentes cargas.

En la FIGURA 2 se comparan las imágenes 3D de las huellas de desgaste después de las pruebas a 100 N. El perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.

TABLA 1: Resultado del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 2: Vista en 3D de las dos cintas
después de las pruebas a 100 N.

El perfil 3D de la huella de desgaste permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste calculado por el software de análisis avanzado, como se muestra en la TABLA 1. En una prueba de desgaste de 220 revoluciones, la correa lisa presenta una huella de desgaste mucho mayor y más profunda, con un volumen de 75,7 mm3, en comparación con un volumen de desgaste de 14,0 mm3 para la correa texturada tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La fricción significativamente mayor de la correa lisa contra la bola de acero da lugar a un índice de desgaste 15 veces superior al de la correa texturada.

Una diferencia tan drástica de COF entre la banda texturizada y la banda lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la banda y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento frente al desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste concuerda con la observación de la evolución del COF: La correa texturizada, que mantiene un COF bajo de ~0,5, no muestra ningún signo de desgaste después de la prueba de desgaste con una carga de 10 N. La correa lisa muestra una pequeña huella de desgaste a 10 N. Las pruebas de desgaste realizadas a 100 N crean huellas de desgaste sustancialmente mayores tanto en la correa texturizada como en la lisa, y la tasa de desgaste se calculará utilizando perfiles 3D, como se verá en el párrafo siguiente.

FIGURA 3: Huellas de desgaste al microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro NANOVEA T2000 para evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las correas de una manera bien controlada y cuantitativa. La textura de la superficie desempeña un papel crítico en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento en servicio. La correa texturizada presenta un coeficiente de fricción estable de ~0,5 y posee una larga vida útil, lo que se traduce en una reducción del tiempo y los costes de reparación o sustitución de las herramientas. En comparación, la excesiva fricción de la correa lisa contra la bola de acero desgasta rápidamente la correa. Además, la carga sobre la correa es un factor vital de su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que acelera el desgaste de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales conformes a ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

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Microestructura fósil mediante perfilometría 3D

MICROESTRUCTURA FÓSIL

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

Los fósiles son restos conservados de plantas, animales y otros organismos enterrados en sedimentos bajo antiguos mares, lagos y ríos. Los tejidos blandos del cuerpo suelen descomponerse tras la muerte, pero las conchas duras, los huesos y los dientes se fosilizan. Las características de la microestructura de la superficie suelen conservarse cuando se produce la sustitución mineral de las conchas y los huesos originales, lo que permite conocer la evolución del clima y el mecanismo de formación de los fósiles.

IMPORTANCIA DE UN PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL EXAMEN DE FÓSILES

Los perfiles 3D del fósil nos permiten observar las características detalladas de la superficie de la muestra fósil desde un ángulo más cercano. Es posible que la alta resolución y precisión del perfilómetro NANOVEA no sean perceptibles a simple vista. El software de análisis del perfilómetro ofrece una amplia gama de estudios aplicables a estas superficies únicas. A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto mide las características de la superficie sin tocar la muestra. Esto permite conservar las características reales de la superficie de ciertas muestras fósiles delicadas. Además, el perfilómetro portátil Jr25 permite realizar mediciones en 3D en yacimientos fósiles, lo que facilita considerablemente el análisis y la protección de los fósiles tras la excavación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, se utiliza el perfilómetro NANOVEA Jr25 para medir la superficie de dos muestras fósiles representativas. Se escaneó y analizó toda la superficie de cada fósil con el fin de caracterizar sus características superficiales, entre las que se incluyen la rugosidad, el contorno y la dirección de la textura.

NANOVEA

Jr25

FÓSIL DE BRACHIÓPODO

La primera muestra fósil que se presenta en este informe es un fósil de braquiópodo, un animal marino que tiene “valvas” (conchas) duras en sus superficies superior e inferior. Aparecieron por primera vez en el período Cámbrico, hace más de 550 millones de años.

La vista 3D del escaneo se muestra en la FIGURA 1 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 2.

FIGURA 1: Vista en 3D de la muestra fósil de braquiópodo.

FIGURA 2: Vista en falso color de la muestra fósil de braquiópodo.

A continuación, se retiró el molde de la superficie para investigar la morfología local y el contorno del fósil de braquiópodo, como se muestra en la FIGURA 3. Ahora se puede observar una peculiar textura de surcos divergentes en la muestra del fósil de braquiópodo.

FIGURA 3: Vista en falso color y vista de líneas de contorno tras retirar el molde.

Se extrae un perfil lineal del área texturizada para mostrar una vista transversal de la superficie del fósil en la FIGURA 4. El estudio de la altura de los escalones mide las dimensiones precisas de las características de la superficie. Las ranuras tienen una anchura media de ~0,38 mm y una profundidad de ~0,25 mm.

FIGURA 4: Estudios del perfil lineal y la altura de los escalones de la superficie texturizada.

FÓSIL DE TALLO DE CRINOIDE

La segunda muestra fósil es un fósil de tallo de crinoideo. Los crinoideos aparecieron por primera vez en los mares del período Cámbrico Medio, unos 300 millones de años antes que los dinosaurios.

La vista 3D del escaneo se muestra en la FIGURA 5 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 6.

FIGURA 5: Vista en 3D de la muestra fósil de crinoideo.

En la FIGURA 7 se analizan la isotropía y la rugosidad de la textura superficial del fósil del tallo del crinoideo.

Este fósil tiene una dirección de textura preferencial en un ángulo cercano a los 90°, lo que da lugar a una isotropía de textura de 69%.

FIGURA 6: Vista en falso color del Tallo de crinoideo muestra.

FIGURA 7: Isotropía de la textura superficial y rugosidad del fósil del tallo de crinoideo.

El perfil 2D a lo largo de la dirección axial del fósil del tallo del crinoide se muestra en la FIGURA 8.

El tamaño de los picos de la textura de la superficie es bastante uniforme.

FIGURA 8: Análisis del perfil 2D del fósil del tallo de crinoideo.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos estudiado exhaustivamente las características de la superficie 3D de un fósil de braquiópodo y crinoideo utilizando el perfilómetro portátil sin contacto NANOVEA Jr25. Demostramos que el instrumento puede caracterizar con precisión la morfología 3D de las muestras fósiles. A continuación, se analizan con mayor detalle las interesantes características y texturas de la superficie de las muestras. La muestra de braquiópodo posee una textura de surcos divergentes, mientras que el fósil de tallo de crinoide muestra una textura isotrópica preferencial. Los escaneos tridimensionales detallados y precisos de la superficie resultan ser herramientas ideales para que los paleontólogos y geólogos estudien la evolución de la vida y la formación de los fósiles.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros NANOVEA miden prácticamente cualquier superficie en campos como el de los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los recubrimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.

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Medición de límites superficiales

Medición de límites superficiales mediante perfilometría 3D

Más información

MEDICIÓN DE LÍMITES DE SUPERFICIE

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUCCIÓN

En estudios en los que se evalúa la orientación de las características, patrones, formas, etc. de la interfaz de la superficie, resulta útil identificar rápidamente las áreas de interés en todo el perfil de medición. Al segmentar una superficie en áreas significativas, el usuario puede evaluar rápidamente los límites, picos, hoyos, áreas, volúmenes y muchos otros elementos para comprender su función en todo el perfil de la superficie objeto de estudio. Por ejemplo, al igual que en la imagen de los límites de grano de los metales, la importancia del análisis radica en la interfaz de muchas estructuras y su orientación general. Al comprender cada área de interés, se pueden identificar los defectos y/o anomalías dentro del área general. Aunque la imagen de los límites de grano se estudia normalmente en un rango que supera la capacidad del perfilómetro, y solo se trata de un análisis de imágenes en 2D, es una referencia útil para ilustrar el concepto de lo que se mostrará aquí a mayor escala, junto con las ventajas de la medición de superficies en 3D.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DE LA SEPARACIÓN DE SUPERFICIES

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, el Perfilómetro 3D sin contacto, mediante el cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la disposición abierta y no es necesario preparar las muestras. Se obtiene un rango de nano a macro durante la medición del perfil de la superficie sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados y no hay manipulación de los resultados por parte del software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie cuando se necesita un análisis de los límites de la superficie, junto con las ventajas de la capacidad combinada de 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utiliza el perfilómetro Nanovea ST400 para medir la superficie del poliestireno expandido. Los límites se establecieron combinando un archivo de intensidad reflejada con la topografía, que se obtuvieron simultáneamente utilizando el NANOVEA ST400. A continuación, estos datos se utilizaron para calcular la información sobre la forma y el tamaño de cada “grano” de poliestireno expandido.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición de límites superficiales en 2D

Imagen topográfica (abajo a la izquierda) enmascarada por una imagen de intensidad reflejada (abajo a la derecha) para definir claramente los límites de los granos. Todos los granos con un diámetro inferior a 565 µm se han ignorado mediante la aplicación de un filtro.

Número total de granos: 167
Área total proyectada ocupada por los granos: 166,917 mm² (64,5962 %)
Área total proyectada ocupada por los límites: (35.4038 %)
Densidad de granos: 0,646285 granos/mm2

Área = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Perímetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diámetro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diámetro medio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diámetro mínimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diámetro máximo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición de límites superficiales en 3D

Mediante el uso de los datos topográficos 3D obtenidos, se puede analizar el volumen, la altura, el pico, la relación de aspecto y la información sobre la forma general de cada grano. Área total ocupada en 3D: 2,525 mm3.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la superficie del poliestireno expandido. Se puede obtener información estadística sobre toda la superficie de interés o sobre granos individuales, ya sean picos o depresiones. En este ejemplo, se utilizaron todos los granos mayores que un tamaño definido por el usuario para mostrar el área, el perímetro, el diámetro y la altura. Las características que se muestran aquí pueden ser fundamentales para la investigación y el control de calidad de superficies naturales y prefabricadas, desde aplicaciones biomédicas hasta micro mecanizado, entre muchas otras.

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Medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos y la rugosidad de la superficie de la goma | Perfilómetro óptico 3D

MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO Y DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE DE GOMA utilizando un perfilómetro óptico 3D

Preparado por

ANDREA HERRMANN

Aunque la profundidad del dibujo de los neumáticos se mide habitualmente con medidores manuales para garantizar la seguridad de los consumidores, los departamentos de I+D industriales y los fabricantes de neumáticos requieren métodos más avanzados. Esta nota de aplicación muestra cómo un perfilómetro óptico 3D proporciona mediciones precisas de la profundidad del dibujo de los neumáticos, mapas de contorno y análisis de la rugosidad de la superficie del caucho para estudios de alta precisión.

INTRODUCCIÓN

Al igual que todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte con la rugosidad de su superficie. En los neumáticos de los vehículos, tanto la profundidad del dibujo como la rugosidad de la superficie afectan directamente al rendimiento en cuanto a tracción, frenado y desgaste. En este estudio, se analizan la superficie del caucho y la rugosidad y las dimensiones del dibujo utilizando perfilometría 3D sin contacto.

LA MUESTRA

IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, Perfiladores ópticos 3D sin contacto de NANOVEA Utilice el cromatismo axial para medir prácticamente cualquier superficie.

El sistema Profiler, con su estructura abierta, permite trabajar con muestras de muy diversos tamaños y no requiere ninguna preparación previa. Con un solo escaneo, los usuarios pueden capturar tanto la profundidad total de la banda de rodadura del neumático como la rugosidad de la superficie a nivel micro, sin que influya en absoluto la reflectividad o la absorción de la muestra. Además, estos perfiladores tienen la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software.

Esta versatilidad hace que los perfilómetros NANOVEA sean ideales tanto para pruebas de desgaste de la banda de rodadura de los neumáticos como para la investigación avanzada de materiales de caucho.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos el NANOVEA ST400, un perfilómetro óptico 3D sin contacto que mide la profundidad del dibujo de los neumáticos, la geometría del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. Para este estudio, se seleccionó al azar una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar toda la superficie del neumático. Para cuantificar las características de la goma, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones de los surcos, la profundidad del dibujo, la rugosidad de la superficie y el área desarrollada frente al área proyectada.

NANOVEA ST400 Estándar
Perfilómetro óptico 3D

ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO

La vista 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor de mapear los diseños de superficies 3D. Esto proporciona a los ingenieros una herramienta sencilla para evaluar la uniformidad de la profundidad de la banda de rodadura, el diseño de los surcos y el desgaste desde múltiples ángulos. El análisis avanzado de contornos y el análisis de la altura de los escalones son herramientas extremadamente potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.

ANÁLISIS AVANZADO DEL CONTORNO

ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES

ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA

La superficie de caucho se puede cuantificar de numerosas formas utilizando herramientas de software integradas, como se muestra en las siguientes figuras. Se puede observar que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y que el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Estos resultados demuestran cómo la rugosidad de la superficie del caucho afecta a la tracción y al rendimiento, lo que permite realizar comparaciones entre diferentes formulaciones de caucho o distintos niveles de desgaste de la superficie.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la profundidad de la banda de rodadura de los neumáticos, las dimensiones del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. Los datos muestran una rugosidad superficial de 2,69 µm y un área desarrollada de 9,41 mm² con un área proyectada de 9 mm². También se midieron varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de goma. Esta información puede ser utilizada por los fabricantes de neumáticos, los investigadores del sector automovilístico y los ingenieros de materiales para comparar diseños de bandas de rodadura, formulaciones de caucho o neumáticos con distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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Inspección de piezas mecanizadas

PIEZAS MECANIZADAS

Inspección a partir de un modelo CAD mediante perfilometría 3D.

Autor:

Doctor Duanjie Li

Revisado por

Jocelyn Esparza

INTRODUCCIÓN

La demanda de mecanizados de precisión capaces de crear geometrías complejas ha ido en aumento en una amplia gama de industrias. Desde la industria aeroespacial, médica y automotriz, hasta los engranajes tecnológicos, la maquinaria y los instrumentos musicales, la innovación y la evolución continuas elevan las expectativas y los estándares de precisión a nuevas cotas. En consecuencia, asistimos al aumento de la demanda de técnicas e instrumentos de inspección rigurosos para garantizar la máxima calidad de los productos.

Importancia de la perfilometría 3D sin contacto para la inspección de piezas

Comparar las propiedades de las piezas mecanizadas con sus modelos CAD es esencial para verificar las tolerancias y el cumplimiento de las normas de producción. La inspección durante el tiempo de servicio también es crucial, ya que el desgaste de las piezas puede requerir su sustitución. La identificación oportuna de cualquier desviación de las especificaciones requeridas ayudará a evitar costosas reparaciones, paradas de producción y daños a la reputación.

A diferencia de la técnica de sonda táctil, el NANOVEA Perfiladores ópticos Realiza escaneos de superficies en 3D sin contacto, lo que permite realizar mediciones rápidas, precisas y no destructivas de formas complejas con la máxima precisión.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, presentamos el NANOVEA HS2000, un perfilómetro 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que realiza una inspección exhaustiva de la superficie en cuanto a dimensiones, radio y rugosidad.

Todo en menos de 40 segundos.

NANOVEA

HS2000

MODELO CAD

Una medición precisa de las dimensiones y la rugosidad superficial de la pieza mecanizada es fundamental para garantizar que cumple con las especificaciones, tolerancias y acabados superficiales deseados. A continuación se presentan el modelo 3D y el dibujo técnico de la pieza que se va a inspeccionar.

VISTA EN FALSO COLOR

En la FIGURA 3 se comparan la vista en falso color del modelo CAD y la superficie escaneada de la pieza mecanizada. La variación de altura en la superficie de la muestra se puede observar por el cambio de color.

Se extraen tres perfiles 2D del escaneo de superficie 3D, tal y como se indica en la FIGURA 2, para verificar aún más la tolerancia dimensional de la pieza mecanizada.

COMPARACIÓN DE PERFILES Y RESULTADOS

Los perfiles 1 a 3 se muestran en las FIGURAS 3 a 5. La inspección cuantitativa de la tolerancia se lleva a cabo comparando el perfil medido con el modelo CAD para mantener unos rigurosos estándares de fabricación. Los perfiles 1 y 2 miden el radio de diferentes áreas de la pieza mecanizada curvada. La variación de altura del perfil 2 es de 30 µm en una longitud de 156 mm, lo que cumple con el requisito de tolerancia deseado de ±125 µm.

Al establecer un valor límite de tolerancia, el software de análisis puede determinar automáticamente si la pieza mecanizada es apta o no.

La rugosidad y la uniformidad de la superficie de la pieza mecanizada desempeñan un papel importante a la hora de garantizar su calidad y funcionalidad. La FIGURA 6 es un área superficial extraída del escaneo original de la pieza mecanizada que se utilizó para cuantificar el acabado superficial. Se calculó que la rugosidad superficial media (Sa) era de 2,31 µm.

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA HS2000, equipado con un sensor de alta velocidad, realiza una inspección exhaustiva de la superficie en cuanto a dimensiones y rugosidad.

Los escaneos de alta resolución permiten a los usuarios medir la morfología detallada y las características superficiales de las piezas mecanizadas y compararlas cuantitativamente con sus modelos CAD. El instrumento también es capaz de detectar cualquier defecto, incluyendo rayones y grietas.

El análisis avanzado de contornos es una herramienta sin igual, no solo para determinar si las piezas mecanizadas cumplen con las especificaciones establecidas, sino también para evaluar los mecanismos de falla de los componentes desgastados.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos que se pueden realizar con el software de análisis avanzado que viene incluido con cada perfilómetro óptico NANOVEA.

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Herramientas dentales: análisis dimensional y de rugosidad superficial

INTRODUCCIÓN

Contar con dimensiones precisas y una rugosidad superficial óptima es fundamental para la funcionalidad de los tornillos dentales. Muchas dimensiones de los tornillos dentales requieren una alta precisión, como radios, ángulos, distancias y alturas de paso. Comprender la rugosidad superficial local también es muy importante para cualquier herramienta o pieza médica que se inserte en el cuerpo humano, a fin de minimizar la fricción por deslizamiento.

PERFILOMETRÍA SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DIMENSIONAL

Nanovea Perfiladores 3D sin contacto Utiliza una tecnología basada en luz cromática para medir cualquier superficie de material: transparente, opaca, especular, difusa, pulida o rugosa. A diferencia de la técnica de sonda táctil, la técnica sin contacto puede medir en áreas estrechas y no añade ningún error intrínseco debido a la deformación causada por la presión de la punta sobre un material plástico más blando. La tecnología basada en luz cromática también ofrece una precisión lateral y de altura superior en comparación con la tecnología de variación de enfoque. Los perfiladores Nanovea pueden escanear grandes superficies directamente sin necesidad de unirlas y perfilar la longitud de una pieza en pocos segundos. Se pueden medir características superficiales de rango nano a macro y ángulos superficiales elevados gracias a la capacidad del perfilador para medir superficies sin algoritmos complejos que manipulen los resultados.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utilizó el perfilómetro óptico Nanovea ST400 para medir un tornillo dental a lo largo de las características planas y roscadas en una sola medición. Se calculó la rugosidad de la superficie a partir del área plana y se determinaron varias dimensiones de las características roscadas.

Muestra de tornillo dental analizada por NANOVEA Perfilador óptico.

Muestra de tornillo dental analizada.

RESULTADOS

Superficie 3D

La vista en 3D y la vista en falso color del tornillo dental muestran una zona plana con roscas a ambos lados. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la morfología del tornillo desde diferentes ángulos. La zona plana se extrajo del escaneo completo para medir la rugosidad de su superficie.

Análisis de superficies 2D

También se pueden extraer perfiles de línea de la superficie para mostrar una vista transversal del tornillo. Se utilizaron los estudios de análisis de contorno y altura de paso para medir las dimensiones precisas en una ubicación determinada del tornillo.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, mostramos la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto Nanovea para calcular con precisión la rugosidad local de la superficie y medir características dimensionales de gran tamaño en un solo escaneo.

Los datos muestran una rugosidad superficial local de 0,9637 μm. Se determinó que el radio del tornillo entre roscas era de 1,729 mm, y que las roscas tenían una altura media de 0,413 mm. Se determinó que el ángulo medio entre las roscas era de 61,3°.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.

Preparado por
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas y Pierre Leroux

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Productos

Perfilómetros

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

Sistemas de vacío

Tribómetros

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Sistemas de vacío

Servicios de laboratorio

Análisis de perfilometría sin contacto

Pruebas de indentación y rayado

Pruebas de fricción y desgaste

Topología de superficies y análisis químico

Soluciones de ensayo

Perfilometría

Rugosidad y acabado

Geometría y formas

Planicidad y alabeo

Volumen y superficie

Altura y grosor del peldaño

Textura y grano

Pruebas mecánicas

Indentación | Dureza y elasticidad

Indentación | Esfuerzo frente a deformación

Indentación | Fluencia y relajación

Indentación | Pérdida y almacenamiento

Indentación | Resistencia a la fractura

Indentación | Límite elástico y fatiga

Alta temperatura

Humedad

Vacío

Rasguño | Fallo adhesivo

Rasguño | Fallo de cohesión

Rayado | Dureza al rayado

Rasguño | Desgaste Multipase

Fricción | Coeficiente de fricción

Baja temperatura

Líquido

Pruebas de tribología

Lineal

Rotacional

Bloqueo en anillo

Anillo sobre anillo

Prueba del rasguño

Pruebas de fricción de frenos

Alta temperatura

Baja temperatura

Corrosión

Líquido

Humedad y gases inertes

Vacío

Aplicaciones

Por sector

Bio y Biotecnología

Materiales de construcción

Productos de consumo

Productos sanitarios

Fabricación y mecanizado de metales

Petróleo y minas

Óptica

Pintura y revestimiento

Farmacéutica

Semiconductores y electrónica

Textil, cuero y papel

Herramientas y maquinaria

Transporte terrestre

Espacio y aviación

Militar y defensa