Catégorie : Profilométrie | Géométrie et formes

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

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introduction

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 En savoir plus sur nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the NANOVEA PB1000 Essai mécanique, 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

Testeur Méchanique

Conditions d'essai

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	Progressif
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Conique
Indenter material (tip)	Diamant
Rayon de la pointe du pénétrateur	20 µm
Température	24°C (room)

Tableau 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	Progressif
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Taux de chargement	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diamant
Rayon de la pointe du pénétrateur	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.

Résultats et discussion

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.

Conclusion

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.

Références

[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

Préparé par

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

Introduction

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 En savoir plus sur non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

Dans cette application, le 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
Profilomètre optique

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.

Paramètres de mesure

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	Hauteur racine carrée moyenne
Ssk	-0.102		Skewness
UGS	3.715		Kurtosis
Sp	18.861	µm	Hauteur maximale du pic
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Hauteur maximale
Sa	1.888	µm	Hauteur moyenne arithmétique

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: Aucun
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: Aucun

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: Aucun
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: Aucun

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

Conclusion

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.

Références

[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?

Inspection de la surface des soudures à l'aide d'un profilomètre 3D portable

Inspection de surface WELd

utilisation d'un profilomètre 3d portable

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

Il peut devenir critique qu'une soudure particulière, généralement réalisée par inspection visuelle, soit étudiée avec un niveau de précision extrême. Les domaines d'intérêt spécifiques pour une analyse précise comprennent les fissures de surface, la porosité et les cratères non remplis, quelles que soient les procédures d'inspection ultérieures. Les caractéristiques de la soudure telles que la dimension/forme, le volume, la rugosité, la taille, etc. peuvent toutes être mesurées pour une évaluation critique.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DE LA SURFACE DES SOUDURES

Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs ou l'interférométrie, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact, utilisant le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces, la taille des échantillons peut varier considérablement en raison de la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. La plage nano à macro est obtenue lors de la mesure du profil de surface sans influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon, a une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés et il n'y a aucune manipulation logicielle des résultats. Mesurez facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli, rugueux, etc. Les capacités 2D et 2D des profilomètres portables NANOVEA en font des instruments idéaux pour une inspection complète des surfaces de soudure en laboratoire et sur le terrain.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profileur portable NANOVEA JR25 est utilisé pour mesurer la rugosité de surface, la forme et le volume d'une soudure, ainsi que la zone environnante. Ces informations peuvent fournir des renseignements essentiels pour étudier correctement la qualité de la soudure et du processus de soudage.

NANOVEA

JR25

RÉSULTATS DES TESTS

L'image ci-dessous montre la vue 3D complète de la soudure et de la zone environnante, ainsi que les paramètres de surface de la soudure uniquement. Le profil de la section transversale 2D est montré ci-dessous.

l'échantillon

Avec le profil de la section transversale 2D ci-dessus retiré de la 3D, les informations dimensionnelles de la soudure sont calculées ci-dessous. La surface et le volume du matériau sont calculés pour la soudure uniquement ci-dessous.

	HOLE	PEAK
SURFACE	1,01 mm²	14,0 mm²
VOLUME	8,799e-5 mm³	23,27 mm³
PROFONDEUR/HAUTEUR MAXIMALE	0,0276 mm	0,6195 mm
PROFONDEUR/HAUTEUR MOYENNE	0,004024 mm	0,2298 mm

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le NANOVEA 3D Non-Contact Profiler peut caractériser avec précision les caractéristiques critiques d'une soudure et de la surface environnante. À partir de la rugosité, des dimensions et du volume, une méthode quantitative de qualité et de répétabilité peut être déterminée ou étudiée de manière plus approfondie. Des échantillons de soudures, comme l'exemple présenté dans cette note d'application, peuvent être facilement analysés à l'aide d'un profileur NANOVEA standard de table ou portable, pour des essais en interne ou sur le terrain.

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Analyse de la fractographie à l'aide de la profilométrie 3D

ANALYSE FRACTOGRAPHIQUE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

La fractographie est l'étude des caractéristiques des surfaces fracturées et a toujours été étudiée au microscope ou au MEB. En fonction de la taille de la caractéristique, un microscope (caractéristiques macro) ou SEM (caractéristiques nano et micro) sont sélectionnés pour l'analyse de la surface. Les deux permettant finalement d’identifier le type de mécanisme de fracture. Bien qu'efficace, le microscope présente des limites évidentes et le SEM, dans la plupart des cas, autres que l'analyse au niveau atomique, n'est pas pratique pour la mesure de la surface de fracture et manque de capacité d'utilisation plus large. Grâce aux progrès de la technologie de mesure optique, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact est désormais considéré comme l'instrument de choix, avec sa capacité à fournir des mesures de surface 2D et 3D à l'échelle nanométrique.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DES FRACTURES

Contrairement au MEB, un profilomètre 3D sans contact peut mesurer presque toutes les surfaces, toutes les tailles d'échantillons, avec une préparation minimale de l'échantillon, tout en offrant des dimensions verticales/horizontales supérieures à celles d'un MEB. Avec un profileur, les caractéristiques allant du nanomètre au macroscope sont capturées en une seule mesure, sans influence de la réflectivité de l'échantillon. Mesurez facilement tous les matériaux : transparents, opaques, spéculaires, diffusifs, polis, rugueux, etc. Le profilomètre 3D sans contact offre des possibilités étendues et conviviales pour maximiser les études de fracture de surface à une fraction du coût d'un MEB.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA ST400 est utilisé pour mesurer la surface fracturée d'un échantillon d'acier. Dans cette étude, nous présentons une zone 3D, une extraction de profil 2D et une carte directionnelle de la surface.

NANOVEA

ST400

RÉSULTATS

SURFACE SUPÉRIEURE

Direction de la texture de la surface 3D

Isotropie	51.26%
Première direction	123.2º
Deuxième direction	116.3º
Troisième direction	0.1725º

La surface, le volume, la rugosité et bien d'autres éléments peuvent être calculés automatiquement à partir de cette extraction.

Extraction du profil 2D

RÉSULTATS

SURFACE LATÉRALE

Direction de la texture de la surface 3D

Isotropie	15.55%
Première direction	0.1617º
Deuxième direction	110.5º
Troisième direction	171.5º

La surface, le volume, la rugosité et bien d'autres éléments peuvent être calculés automatiquement à partir de cette extraction.

Extraction du profil 2D

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre 3D sans contact NANOVEA ST400 peut caractériser avec précision la topographie complète (nano, micro et macro caractéristiques) d'une surface fracturée. À partir de la zone 3D, la surface peut être clairement identifiée et des sous-zones ou des profils/coupes transversales peuvent être rapidement extraits et analysés avec une liste infinie de calculs de surface. Les caractéristiques de surface sub-nanométriques peuvent être analysées plus en détail grâce à un module AFM intégré.

En outre, NANOVEA a ajouté une version portable à sa gamme de profilomètres, ce qui est particulièrement important pour les études sur le terrain lorsque la surface d'une fracture est inamovible. Avec cette large liste de capacités de mesure de surface, l'analyse de la surface des fractures n'a jamais été aussi facile et pratique avec un seul instrument.

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Usure et frottement des courroies polymères à l'aide d'un tribomètre

COURROIES EN POLYMÈRE

USURE ET FRICTION à l'aide d'un TRIBOMETRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

La transmission par courroie transmet la puissance et suit le mouvement relatif entre deux ou plusieurs arbres rotatifs. En tant que solution simple et peu coûteuse avec un entretien minimal, les transmissions par courroie sont largement utilisées dans une variété d'applications, telles que les scies à ruban, les scieries, les batteuses, les souffleurs de silo et les convoyeurs. Les transmissions par courroie peuvent protéger les machines contre les surcharges, ainsi qu'amortir et isoler les vibrations.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE POUR LES TRANSMISSIONS PAR COURROIE

Le frottement et l'usure sont inévitables pour les courroies d'une machine entraînée par courroie. Un frottement suffisant assure une transmission efficace de la puissance sans glissement, mais un frottement excessif peut entraîner une usure rapide de la courroie. Différents types d'usure tels que la fatigue, l'abrasion et le frottement se produisent pendant le fonctionnement de la transmission par courroie. Afin de prolonger la durée de vie de la courroie et de réduire le coût et le temps de réparation et de remplacement de la courroie, une évaluation fiable des performances d'usure des courroies est souhaitable pour améliorer la durée de vie des courroies, l'efficacité de la production et les performances des applications. La mesure précise du coefficient de friction et du taux d'usure de la courroie facilite la R&D et le contrôle de la qualité de la production de courroies.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons simulé et comparé les comportements d'usure de courroies présentant différentes textures de surface afin de mettre en évidence la capacité de l NANOVEA Le tribomètre T2000 permet de simuler le processus d'usure de la courroie de manière contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T2000

PROCÉDURES DE TEST

Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de deux courroies présentant des rugosités et des textures de surface différentes ont été évalués par l'analyse de l'indice de frottement. NANOVEA Charge élevée Tribomètre utilisant le module d'usure à mouvement alternatif linéaire. Une bille en acier 440 (diamètre 10 mm) a été utilisée comme contre-matériau. La rugosité de la surface et la trace d'usure ont été examinées à l'aide d'un Profilomètre 3D sans contact. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=Vl(Fxs)où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.

Veuillez noter qu'une contrepartie lisse en acier 440 a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de forme et de finition de surface différentes peut être appliqué à l'aide de montages personnalisés pour simuler la situation d'application réelle.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La bande texturée et la bande lisse ont une rugosité de surface Ra de 33,5 et 8,7 um, respectivement, d'après les profils de surface analysés pris avec une NANOVEA Profileur optique 3D sans contact. Le COF et le taux d'usure des deux courroies testées ont été mesurés à 10 N et 100 N, respectivement, afin de comparer le comportement d'usure des courroies à différentes charges.

FIGURE 1 montre l'évolution du COF des courroies pendant les essais d'usure. Les courroies avec différentes textures présentent des comportements d'usure sensiblement différents. Il est intéressant de noter qu'après la période de rodage au cours de laquelle le COF augmente progressivement, la courroie texturée atteint un COF inférieur de ~0,5 dans les deux tests réalisés avec des charges de 10 N et 100 N. En comparaison, la courroie lisse testée sous une charge de 10 N présente un COF nettement plus élevé de ~1,4 lorsque le COF se stabilise et se maintient au-dessus de cette valeur pour le reste du test. La courroie lisse testée sous une charge de 100 N a été rapidement usée par la bille d'acier 440 et a formé une grande trace d'usure. L'essai a donc été arrêté à 220 tours.

FIGURE 1: Evolution du COF des courroies à différentes charges.

La FIGURE 2 compare les images des traces d'usure en 3D après les essais à 100 N. Le profilomètre sans contact NANOVEA 3D offre un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, ce qui permet de mieux comprendre le mécanisme d'usure.

TABLEAU 1 : Résultat de l'analyse des traces d'usure.

FIGURE 2 : Vue 3D des deux courroies
après les essais à 100 N.

Le profil de la trace d'usure en 3D permet de déterminer directement et précisément le volume de la trace d'usure calculé par le logiciel d'analyse avancée, comme le montre le TABLEAU 1. Lors d'un essai d'usure de 220 tours, la courroie lisse présente une trace d'usure beaucoup plus grande et plus profonde avec un volume de 75,7 mm3, contre un volume d'usure de 14,0 mm3 pour la courroie texturée après un essai d'usure de 600 tours. Le frottement nettement plus élevé de la courroie lisse contre la bille d'acier entraîne un taux d'usure 15 fois supérieur à celui de la courroie texturée.

Une telle différence de COF entre la courroie texturée et la courroie lisse est probablement liée à la taille de la zone de contact entre la courroie et la bille d'acier, ce qui entraîne également des performances d'usure différentes. La FIGURE 3 montre les traces d'usure des deux courroies au microscope optique. L'examen des traces d'usure est en accord avec l'observation de l'évolution du COF : La courroie texturée, qui maintient un faible COF de ~0,5, ne présente aucun signe d'usure après le test d'usure sous une charge de 10 N. La courroie lisse présente une petite trace d'usure à 10 N. Les tests d'usure effectués à 100 N créent des traces d'usure beaucoup plus grandes sur les courroies texturées et lisses, et le taux d'usure sera calculé à l'aide de profils 3D, comme nous le verrons dans le paragraphe suivant.

FIGURE 3 : Traces d'usure au microscope optique.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons démontré la capacité du tribomètre NANOVEA T2000 à évaluer le coefficient de friction et le taux d'usure des courroies d'une manière bien contrôlée et quantitative. La texture de la surface joue un rôle essentiel dans la résistance au frottement et à l'usure des courroies pendant leur durée de vie. La courroie texturée présente un coefficient de frottement stable de ~0,5 et possède une longue durée de vie, ce qui permet de réduire le temps et les coûts de réparation ou de remplacement des outils. En comparaison, le frottement excessif de la courroie lisse contre la bille d'acier use rapidement la courroie. En outre, la charge exercée sur la courroie est un facteur essentiel de sa durée de vie. La surcharge crée une friction très élevée, ce qui entraîne une usure accélérée de la courroie.

Le tribomètre NANOVEA T2000 offre des essais d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. NANOVEA's est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.

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Microstructure des fossiles par profilométrie 3D

MICROSTRUCTURE FOSSILE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les fossiles sont les restes préservés de traces de plantes, d'animaux et d'autres organismes enfouis dans les sédiments sous d'anciennes mers, lacs et rivières. Les tissus mous du corps se décomposent généralement après la mort, mais les coquilles dures, les os et les dents se fossilisent. Les caractéristiques de surface de la microstructure sont souvent préservées lors du remplacement minéral des coquilles et des os d'origine, ce qui donne un aperçu de l'évolution du temps et du mécanisme de formation des fossiles.

IMPORTANCE D'UN PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'EXAMEN DES FOSSILES

Les profils 3D du fossile nous permettent d’observer les caractéristiques détaillées de la surface de l’échantillon fossile sous un angle plus rapproché. La haute résolution et la précision du profilomètre NANOVEA peuvent ne pas être perceptibles à l'œil nu. Le logiciel d'analyse du profilomètre propose une large gamme d'études applicables à ces surfaces uniques. Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact mesure les caractéristiques de la surface sans toucher l’échantillon. Cela permet de préserver les véritables caractéristiques de la surface de certains échantillons fossiles délicats. De plus, le profilomètre portable modèle Jr25 permet des mesures 3D sur les sites fossilifères, ce qui facilite considérablement l'analyse et la protection des fossiles après excavation.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, le profilomètre NANOVEA Jr25 est utilisé pour mesurer la surface de deux échantillons de fossiles représentatifs. La surface entière de chaque fossile a été scannée et analysée afin de caractériser ses caractéristiques de surface, notamment la rugosité, le contour et la direction de la texture.

NANOVEA

Jr25

FOSSILE DE BRACHIOPODE

Le premier échantillon de fossile présenté dans ce rapport est un fossile de brachiopode, qui provient d'un animal marin possédant des "valves" (coquilles) dures sur ses surfaces supérieure et inférieure. Ils sont apparus à la période cambrienne, il y a plus de 550 millions d'années.

La vue 3D du scan est présentée dans la FIGURE 1 et la vue en fausses couleurs est présentée dans la FIGURE 2.

FIGURE 1: Vue 3D de l'échantillon de fossiles de brachiopodes.

FIGURE 2 : Vue en fausses couleurs de l'échantillon de fossiles de brachiopodes.

La forme globale a ensuite été retirée de la surface afin d'étudier la morphologie et le contour de la surface locale du fossile de brachiopode, comme le montre la FIGURE 3. Une texture particulière de rainure divergente peut maintenant être observée sur l'échantillon de fossile de Brachiopode.

FIGURE 3 : Vue des fausses couleurs et vue des lignes de contour après la suppression du formulaire.

Un profil de ligne est extrait de la zone texturée pour montrer une vue en coupe de la surface du fossile dans la FIGURE 4. L'étude de la hauteur des pas mesure les dimensions précises des caractéristiques de la surface. Les rainures ont une largeur moyenne de ~0,38 mm et une profondeur de ~0,25 mm.

FIGURE 4 : Études du profil des lignes et de la hauteur des marches de la surface texturée.

FOSSILE DE TIGE DE CRINOÏDE

Le deuxième échantillon de fossile est un fossile de tige de crinoïde. Les crinoïdes sont apparus dans les mers du Cambrien moyen, environ 300 millions d'années avant les dinosaures.

La vue 3D du scan est illustrée à la FIGURE 5 et la vue en fausses couleurs est illustrée à la FIGURE 6.

FIGURE 5 : Vue 3D de l'échantillon de fossiles de crinoïdes.

L'isotropie et la rugosité de la texture de surface du fossile de tige de Crinoïde sont analysées dans la FIGURE 7.

Ce fossile présente une direction de texture préférentielle dans l'angle proche de 90°, ce qui conduit à une isotropie de texture de 69%.

FIGURE 6 : Vue en fausses couleurs de la Tige de crinoïde échantillon.

FIGURE 7 : Isotropie de la texture de surface et rugosité du fossile de la tige du Crinoïde.

Le profil 2D le long de la direction axiale du fossile de la tige du Crinoïde est présenté dans la FIGURE 8.

La taille des pics de la texture de surface est assez uniforme.

FIGURE 8 : Analyse du profil 2D du fossile de la tige du Crinoïde.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons étudié de manière exhaustive les caractéristiques de surface 3D d'un fossile de tige de brachiopode et de crinoïde à l'aide du profilomètre portable sans contact NANOVEA Jr25. Nous montrons que l'instrument peut caractériser avec précision la morphologie 3D des échantillons fossiles. Les caractéristiques de surface et la texture intéressantes des échantillons sont ensuite analysées plus en détail. L'échantillon de Brachiopode possède une texture de rainure divergente, tandis que le fossile de tige de Crinoïde montre une isotropie de texture préférentielle. Les scans de surface 3D détaillés et précis s'avèrent être des outils idéaux pour les paléontologues et les géologues pour étudier l'évolution des vies et la formation des fossiles.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA mesurent pratiquement n'importe quelle surface dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, l'énergie solaire, les fibres optiques, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, la pharmacie, le biomédical, l'environnement et bien d'autres encore.

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Mesure des limites de la surface

Mesure des limites d'une surface à l'aide de la profilométrie 3D

MESURE DES LIMITES DE LA SURFACE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

Craig Leising

INTRODUCTION

Dans les études où l'interface des caractéristiques de surface, des motifs, des formes, etc., est évaluée pour l'orientation, il sera utile d'identifier rapidement les zones d'intérêt sur l'ensemble du profil de mesure. En segmentant une surface en zones significatives, l'utilisateur peut rapidement évaluer les limites, les pics, les creux, les zones, les volumes et bien d'autres encore pour comprendre leur rôle fonctionnel dans l'ensemble du profil de la surface étudiée. Par exemple, comme pour l'imagerie du joint de grain des métaux, l'importance de l'analyse est l'interface de nombreuses structures et leur orientation globale. La compréhension de chaque zone d'intérêt permet d'identifier les défauts ou les anomalies de la zone globale. Bien que l'imagerie du joint de grain soit généralement étudiée à une distance dépassant la capacité du profilomètre et qu'il s'agisse uniquement d'une analyse d'image 2D, elle constitue une référence utile pour illustrer le concept de ce qui sera présenté ici à plus grande échelle, ainsi que les avantages de la mesure de surface 3D.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'ÉTUDE DE LA SÉPARATION DES SURFACES

Contrairement à d'autres techniques telles que les sondes tactiles ou l'interférométrie, Profilomètre 3D sans contact, utilisant le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces, la taille des échantillons peut varier considérablement en raison de la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. La plage nano à macro est obtenue lors de la mesure du profil de surface sans influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon, a une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés et il n'y a aucune manipulation logicielle des résultats. Mesurez facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli, rugueux, etc. La technique du profilomètre sans contact offre une capacité idéale, large et conviviale pour maximiser les études de surface lorsqu'une analyse des limites de surface sera nécessaire ; ainsi que les avantages des capacités combinées 2D et 3D.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre Nanovea ST400 est utilisé pour mesurer la surface du polystyrène. Les limites ont été établies en combinant un fichier d'intensité réfléchie et la topographie, qui sont acquis simultanément à l'aide du NANOVEA ST400. Ces données ont ensuite été utilisées pour calculer les différentes informations de forme et de taille de chaque " grain " de polystyrène.

NANOVEA

ST400

RÉSULTATS ET DISCUSSION : Mesure des limites de la surface 2D

Image de topographie (en bas à gauche) masquée par l'image d'intensité réfléchie (en bas à droite) pour définir clairement les limites des grains. Tous les grains de moins de 565µm de diamètre ont été ignorés en appliquant le filtre.

Nombre total de grains : 167
Surface totale projetée occupée par les grains : 166.917 mm² (64.5962 %)
Superficie totale projetée occupée par les frontières : (35,4038 %)
Densité des grains : 0,646285 grains / mm2

Surface = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm².
Périmètre = 9114.15 µm +/- 4570.38 µm
Diamètre équivalent = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diamètre moyen = 945.373 µm +/- 248.344 µm
Diamètre min. = 675.898 µm +/- 246.850 µm
Diamètre maximum = 1312.43 µm +/- 295.258 µm

RÉSULTATS ET DISCUSSION : Mesure des limites de la surface en 3D

En utilisant les données de topographie 3D obtenues, le volume, la hauteur, le pic, le rapport d'aspect et les informations générales sur la forme peuvent être analysés sur chaque grain. Surface 3D totale occupée : 2.525mm3

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre sans contact NANOVEA 3D peut caractériser avec précision la surface du polystyrène. Des informations statistiques peuvent être obtenues sur l'ensemble de la surface d'intérêt ou sur des grains individuels, qu'il s'agisse de pics ou de creux. Dans cet exemple, tous les grains plus grands qu'une taille définie par l'utilisateur ont été utilisés pour montrer la surface, le périmètre, le diamètre et la hauteur. Les caractéristiques présentées ici peuvent être essentielles à la recherche et au contrôle de la qualité des surfaces naturelles et préfabriquées, qu'il s'agisse d'applications bio-médicales, de micro-usinage ou autres.

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Mesure de la profondeur de la bande de roulement des pneus et de la rugosité de la surface en caoutchouc | Profilomètre optique 3D

MESURE DE LA PROFONDEUR DE LA BANDE DE ROULEMENT ET DE LA RUGOSITÉ DE LA SURFACE DU CAOUTCHOUC à l'aide d'un profileur optique 3D

Préparé par

ANDREA HERRMANN

Alors que la profondeur des sculptures des pneus est généralement mesurée à l'aide de jauges manuelles pour la sécurité des consommateurs, la R&D industrielle et les fabricants de pneus ont besoin de méthodes plus avancées. Cette note d'application montre comment un profilomètre optique 3D permet de mesurer avec précision la profondeur des sculptures des pneus, de cartographier leur contour et d'analyser la rugosité de la surface du caoutchouc pour des études de haute précision.

INTRODUCTION

Comme tous les matériaux, le coefficient de frottement du caoutchouc est en partie lié à la rugosité de sa surface. Dans les pneus de véhicules, la profondeur de la bande de roulement et la rugosité de la surface ont une incidence directe sur la traction, le freinage et l'usure. Dans cette étude, la rugosité et les dimensions de la surface du caoutchouc et de la bande de roulement sont analysées à l'aide d'un profilomètre 3D sans contact.

L'ÉCHANTILLON

IMPORTANCE DE LA PROFILOMÉTRIE 3D SANS CONTACT POUR LA MESURE DE LA PROFONDEUR DE LA BANDE DE ROULEMENT DES PNEUS

Contrairement à d'autres techniques telles que les sondes tactiles ou l'interférométrie, Profilomètres optiques 3D sans contact de NANOVEA utilisez le chromatisme axial pour mesurer presque toutes les surfaces.

Le système Profiler est ouvert et permet d'analyser des échantillons de tailles très variées sans aucune préparation préalable. En un seul balayage, les utilisateurs peuvent mesurer à la fois la profondeur globale de la bande de roulement et la rugosité micro-superficielle, sans aucune influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon. De plus, ces profileurs ont la capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés sans nécessiter de manipulation logicielle des résultats.

Cette polyvalence rend les profileurs NANOVEA idéaux tant pour les essais d'usure des bandes de roulement des pneus que pour la recherche avancée sur les matériaux en caoutchouc.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons le NANOVEA ST400, un profileur optique 3D sans contact qui mesure la profondeur de la bande de roulement, la géométrie du contour et la rugosité de la surface du caoutchouc. Une surface d'échantillon suffisamment grande pour représenter l'ensemble de la surface du pneu a été sélectionnée au hasard pour cette étude. Afin de quantifier les caractéristiques du caoutchouc, nous avons utilisé le logiciel d'analyse NANOVEA Ultra 3D pour mesurer les dimensions des rainures, la profondeur de la bande de roulement, la rugosité de la surface et la surface développée par rapport à la surface projetée.

NANOVEA ST400 Standard
Profilomètre optique 3D

ANALYSE : PNEU TREAD

La vue 3D et la vue en fausses couleurs des bandes de roulement montrent l'intérêt de cartographier les conceptions de surface en 3D. Cela fournit aux ingénieurs un outil simple pour évaluer l'uniformité de la profondeur des bandes de roulement, la conception des rainures et l'usure sous plusieurs angles. L'analyse avancée des contours et l'analyse de la hauteur des marches sont deux outils extrêmement puissants pour mesurer avec précision les dimensions des formes et la conception des échantillons.

ANALYSE AVANCÉE DES CONTOURS

ANALYSE DE LA HAUTEUR DE MARCHE

ANALYSE : SURFACE EN CAOUTCHOUC

La surface en caoutchouc peut être quantifiée de nombreuses façons à l'aide d'outils logiciels intégrés, comme le montrent les figures suivantes. On constate que la rugosité de surface est de 2,688 μm et que la surface développée par rapport à la surface projetée est de 9,410 mm² contre 8,997 mm². Ces résultats démontrent comment la rugosité de la surface en caoutchouc affecte la traction et les performances, permettant ainsi de comparer différentes formulations de caoutchouc ou différents niveaux d'usure de la surface.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profileur optique sans contact NANOVEA 3D peut caractériser avec précision la profondeur de la bande de roulement, les dimensions du contour et la rugosité de la surface en caoutchouc. Les données indiquent une rugosité de surface de 2,69 µm et une surface développée de 9,41 mm² avec une surface projetée de 9 mm². Diverses dimensions et rayons des bandes de roulement en caoutchouc ont également été mesurés. Ces informations peuvent être utilisées par les fabricants de pneus, les chercheurs automobiles et les ingénieurs en matériaux pour comparer les conceptions de bandes de roulement, les formulations de caoutchouc ou les pneus présentant différents degrés d'usure. Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse Ultra 3D.

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Inspection des pièces usinées

PIÈCES USINÉES

inspection à partir d'un modèle CAO à l'aide de la profilométrie 3D

Auteur :

Duanjie Li, PhD

Révisé par

Jocelyn Esparza

INTRODUCTION

La demande d'usinage de précision capable de créer des géométries complexes est en hausse dans un large éventail d'industries. Qu'il s'agisse de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile, des engrenages, des machines ou des instruments de musique, l'innovation et l'évolution continues poussent les attentes et les normes de précision vers de nouveaux sommets. Par conséquent, nous constatons une augmentation de la demande de techniques et d'instruments d'inspection rigoureux afin de garantir la plus haute qualité des produits.

Importance de la profilométrie 3D sans contact pour le contrôle des pièces

La comparaison des propriétés des pièces usinées avec leurs modèles CAO est essentielle pour vérifier les tolérances et le respect des normes de production. L'inspection pendant la période de service est également cruciale, car l'usure des pièces peut nécessiter leur remplacement. L'identification en temps utile de tout écart par rapport aux spécifications requises permet d'éviter des réparations coûteuses, des arrêts de production et une réputation ternie.

Contrairement à une technique de palpage, le NANOVEA Profilers optiques effectuez des numérisations de surfaces 3D sans contact, permettant des mesures rapides, précises et non destructives de formes complexes avec la plus haute précision.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons le NANOVEA HS2000, un profileur 3D sans contact doté d'un capteur à grande vitesse, qui effectue une inspection complète de la dimension, du rayon et de la rugosité de la surface.

Le tout en moins de 40 secondes.

NANOVEA

HS2000

MODÈLE DE CAO

Une mesure précise de la dimension et de la rugosité de surface de la pièce usinée est essentielle pour s'assurer qu'elle répond aux spécifications, tolérances et finitions de surface souhaitées. Le modèle 3D et le dessin technique de la pièce à inspecter sont présentés ci-dessous.

VUE EN FAUSSE COULEUR

La vue en fausses couleurs du modèle CAO et la surface de la pièce usinée scannée sont comparées dans la FIGURE 3. La variation de hauteur sur la surface de l'échantillon peut être observée par le changement de couleur.

Trois profils 2D sont extraits du balayage de la surface 3D, comme indiqué sur la FIGURE 2, afin de vérifier davantage la tolérance dimensionnelle de la pièce usinée.

COMPARAISON DES PROFILS ET RÉSULTATS

Les profils 1 à 3 sont illustrés aux FIGURES 3 à 5. Un contrôle quantitatif de la tolérance est effectué en comparant le profil mesuré avec le modèle CAO afin de respecter des normes de fabrication rigoureuses. Le profil 1 et le profil 2 mesurent le rayon de différentes zones sur la pièce usinée incurvée. La variation de hauteur du profil 2 est de 30 µm sur une longueur de 156 mm, ce qui répond à l'exigence de tolérance souhaitée de ±125 µm.

En définissant une valeur limite de tolérance, le logiciel d'analyse peut déterminer automatiquement la réussite ou l'échec de la pièce usinée.

La rugosité et l'uniformité de la surface de la pièce usinée jouent un rôle important pour garantir sa qualité et sa fonctionnalité. La FIGURE 6 est une surface extraite du scan parent de la pièce usinée qui a été utilisée pour quantifier l'état de surface. La rugosité moyenne de la surface (Sa) a été calculée à 2,31 µm.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré comment le profileur sans contact NANOVEA HS2000, équipé d'un capteur à haute vitesse, effectue un contrôle complet des dimensions et de la rugosité de la surface.

Les scans haute résolution permettent aux utilisateurs de mesurer la morphologie détaillée et les caractéristiques de surface des pièces usinées et de les comparer quantitativement avec leurs modèles CAO. L'instrument est également capable de détecter tous les défauts, y compris les rayures et les fissures.

L'analyse avancée des contours est un outil inégalé qui permet non seulement de déterminer si les pièces usinées répondent aux spécifications définies, mais aussi d'évaluer les mécanismes de défaillance des composants usés.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs possibles avec le logiciel d'analyse avancé qui est fourni avec chaque profileur optique NANOVEA.

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Outils dentaires : Analyse dimensionnelle et de la rugosité de surface

INTRODUCTION

Des dimensions précises et une rugosité de surface optimale sont essentielles au fonctionnement des vis dentaires. De nombreuses dimensions de vis dentaires nécessitent une grande précision, comme les rayons, les angles, les distances et les hauteurs de marche. Comprendre la rugosité de la surface locale est également très important pour tout outil médical ou pièce insérée à l’intérieur du corps humain afin de minimiser la friction de glissement.

PROFILOMÉTRIE SANS CONTACT POUR ÉTUDE DIMENSIONNELLE

Nanovea Profileurs 3D sans contact utilisez une technologie basée sur la lumière chromatique pour mesurer n'importe quelle surface matérielle : transparente, opaque, spéculaire, diffusive, polie ou rugueuse. Contrairement à une technique de sonde tactile, la technique sans contact peut mesurer à l'intérieur de zones restreintes et n'ajoutera aucune erreur intrinsèque due à la déformation causée par la pression de la pointe sur un matériau plastique plus souple. La technologie basée sur la lumière chromatique offre également des précisions latérales et en hauteur supérieures à la technologie de variation de mise au point. Les profileurs Nanovea peuvent scanner de grandes surfaces directement sans couture et profiler la longueur d'une pièce en quelques secondes. Les caractéristiques de surface de la gamme nano à macro et les angles de surface élevés peuvent être mesurés grâce à la capacité du profileur à mesurer des surfaces sans qu'aucun algorithme complexe ne manipule les résultats.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profileur optique Nanovea ST400 a été utilisé pour mesurer une vis dentaire le long des caractéristiques plates et filetées en une seule mesure. La rugosité de la surface a été calculée à partir de la zone plane et diverses dimensions des éléments filetés ont été déterminées.

Echantillon de vis dentaire analysé par NANOVEA Profileur optique.

Échantillon de vis dentaire analysé.

RÉSULTATS

Surface 3D

La vue 3D et la vue en fausses couleurs de la vis dentaire montrent une zone plane avec un filetage commençant de chaque côté. Il fournit aux utilisateurs un outil simple pour observer directement la morphologie de la vis sous différents angles. La zone plane a été extraite de l’analyse complète pour mesurer sa rugosité de surface.

Analyse de surfaces 2D

Les profils de lignes peuvent également être extraits de la surface pour afficher une vue en coupe transversale de la vis. L'analyse des contours et les études de hauteur de marche ont été utilisées pour mesurer des dimensions précises à un certain endroit de la vis.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons présenté la capacité du profileur 3D sans contact Nanovea à calculer avec précision la rugosité de surface locale et à mesurer de grandes caractéristiques dimensionnelles en un seul scan.

Les données montrent une rugosité de surface locale de 0,9637 μm. Le rayon de la vis entre les filetages s'est avéré être de 1,729 mm et les filetages avaient une hauteur moyenne de 0,413 mm. L'angle moyen entre les fils a été déterminé comme étant de 61,3°.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse.

Préparé par
Duanjie Li, Ph.D., Jonathan Thomas et Pierre Leroux

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Produits

Profilomètres

PS50 - Compact avancé

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable à grande vitesse

ST400 - Standard modulaire

ST500 - Modulaire grande surface

AFM Pro - Gamme étendue

Contrôle de qualité en ligne - rugosité, texture et finition

Nanoindeurs et testeurs de rayures

CB500 - Compacte avancée

PB1000 - Grande plate-forme avancée

Systèmes Sous Vides

Tribomètres

T50 - Banc de musculation

T200 - Pneumatique Compact

T2000 - Pneumatique à forte charge

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Épaisseur de la couche de cratérisation des billes

Systèmes Sous Vides

Services de laboratoire

Analyse de la profilométrie sans contact

Essais d'indentation et de rayure

Essais de frottement et d'usure

Topologie des surfaces et analyse chimique

Types de Solution

Profilométrie

Rugosité et finition

Géométrie et formes

Planéité et gauchissement

Volume et surface

Hauteur et épaisseur des marches

Texture et grain

Essais mécaniques

Indentation | Dureté et élasticité

Indentation | Contrainte et déformation

Indentation | Fluage et relaxation

Indentation | Perte et stockage

Indentation | Ténacité à la rupture

Indentation | Limite d'élasticité & Fatigue

Haute Température

Humidité

Le vide

Rayure | Défaillance adhesive

Rayure | Défaillance cohésive

Dureté par Rayure

Rayure | Usure multi-passages

Friction | Coefficient de friction

Basse températures

Liquide

Essais de tribologie

Linéaire

Rotation

Block on Ring

Ring on Ring

Test de rayure

Test de friction des freins

Haute Température

Basse températures

Corrosion

Liquide

Humidité et gaz inertes

Le vide

Applications

Par industrie

Bio et biotechnologie

Matériaux de construction

Produits de consommation

Dispositifs médicaux

Fabrication et usinage des métaux

Pétrole et mines

Optique

Peinture et revêtement

Pharmaceutique

Semi-conducteurs et électronique

Textiles, cuir et papier

Outillage et machines

Transport terrestre

Espace et aviation

Militaire et défense