カテゴリープロフィロメトリー｜テクスチャーとグレイン

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

アンドリュー・ショア

はじめに

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 詳細はこちら nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the NANOVEA PB1000 メカニカルテスター, 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.

ナノビア PB1000 Advanced

メカニカルテスター

テスト条件

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	プログレッシブ
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	円錐形（コニカル）
Indenter material (tip)	ダイヤモンド
圧子先端半径	20 µm
温度	24°C (room)

表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	プログレッシブ
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
積載率	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	ダイヤモンド
圧子先端半径	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.

結果および考察

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.

結論

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.

参考文献

[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

作成者

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

はじめに

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 詳細はこちら non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

このアプリケーションでは 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.

ナノビア JR25 Portable
光学式表面形状計

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.

測定パラメータ

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
スク	2.433	µm	二乗平均平方根の高さ
エスケープ	-0.102		歪度
スクー	3.715		クルトーシス
Sp	18.861	µm	最大ピーク高さ
エスブイ	16.553	µm	Maximum pit depth
エスエス	35.414	µm	最高高さ
サ	1.888	µm	算術平均身長

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: なし
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: なし

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: なし
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: なし

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

結論

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.

参考文献

[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?

ショットピーニング表面分析

ショットピーニングされた表面分析

3D非接触形状測定器の使用

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

ショットピーニングは、表面に可塑性を誘発することを目的とした力で、球状の金属、ガラス、またはセラミックのビーズ (一般に「ショット」と呼ばれます) を基材に衝突させるプロセスです。ピーニング前後の特性を分析することで、プロセスの理解と制御を強化するための重要な洞察が得られます。表面粗さとショットによって残されたディンプルの範囲は、特に注目すべき興味深い点です。

ショットピーニング表面分析における 3D 非接触表面形状計の重要性

従来、ショットピーニングされた表面分析に使用されてきた従来の接触式形状計とは異なり、3D 非接触測定では完全な 3D 画像が提供され、対象エリアと表面トポグラフィーをより包括的に理解できます。 3D 機能がなければ、検査は 2D 情報のみに依存することになり、表面を特徴付けるには不十分です。 3D で地形、適用範囲、粗さを理解することは、ピーニングプロセスを制御または改善するための最良のアプローチです。ナノベアの 3D非接触形状計機械加工およびピーニングされた表面に見られる急角度を測定する独自の機能を備えたクロマティックライトテクノロジーを利用しています。さらに、プローブの接触、表面の変化、角度、または反射率により、他の技術が信頼できるデータを提供できない場合でも、NANOVEA 表面形状計は成功します。

測定目的

このアプリケーションでは、NANOVEA ST400 非接触表面形状計を使用して、原材料と 2 つの異なるピーニング処理を施した表面を比較レビューのために測定します。 3D 表面スキャン後に自動的に計算できる表面パラメータのリストは無限にあります。ここでは、3D 表面を確認し、粗さ、ディンプル、表面積の定量化と調査など、さらなる分析のために対象領域を選択します。

ナノビア ST400スタンダード
光学式3Dプロフィロメーター

標本、見本

結果

スチール表面

ISO25178 3D粗さパラメータ

SA	0.399μm	平均粗さ
スク	0.516μm	RMS粗さ
エスエス	5.686μm	最大の山から谷まで
Sp	2.976μm	最大ピーク高
エスブイ	2.711μm	最大ピット深さ
スクー	3.9344	クルトーシス
エスケープ	-0.0113	歪度
サル	0.0028mm	自己相関長
Str	0.0613	テクスチャのアスペクト比
スダール	26.539 mm²	表面積
SVK	0.589μm	谷の深さの減少

結果

ピーニングされた表面 1

表面被覆率 98.105%

ISO25178 3D粗さパラメータ

サ	4.102μm	平均粗さ
スク	5.153μm	RMS粗さ
エスエス	44.975μm	最大の山から谷まで
Sp	24.332μm	最大ピーク高
エスブイ	20.644μm	最大ピット深さ
スクー	3.0187	クルトーシス
エスケープ	0.0625	歪度
サル	0.0976mm	自己相関長
Str	0.9278	テクスチャのアスペクト比
スダール	29.451 mm²	表面積
SVK	5.008μm	谷の深さの減少

結果

ピーニングされた表面 2

表面被覆率 97.366%

ISO25178 3D粗さパラメータ

サ	4.330μm	平均粗さ
スク	5.455μm	RMS粗さ
エスエス	54.013μm	最大の山から谷まで
Sp	25.908μm	最大ピーク高
エスブイ	28.105μm	最大ピット深さ
スクー	3.0642	クルトーシス
エスケープ	0.1108	歪度
サル	0.1034mm	自己相関長
Str	0.9733	テクスチャのアスペクト比
スダール	29.623 mm²	表面積
SVK	5.167μm	谷の深さの減少

まとめ

このショットピーニング表面解析アプリケーションでは、NANOVEA ST400 3D 非接触プロファイラーがどのようにピーニング表面のトポグラフィーとナノメートルの詳細の両方を正確に特徴付けるかを実証しました。原材料と比較すると、表面 1 と表面 2 の両方が、ここで報告されているすべてのパラメータに大きな影響を与えていることは明らかです。画像を簡単に視覚的に検査すると、表面間の違いが明らかになります。これは、カバーエリアとリストされたパラメータを観察することによってさらに確認されます。表面 2 と比較すると、表面 1 は平均粗さ (Sa) が低く、凹み (Sv) が浅く、表面積 (Sdar) が減少していますが、被覆面積はわずかに高くなります。

これらの 3D 表面測定から、対象領域を容易に特定し、粗さ、仕上げ、質感、形状、トポグラフィー、平坦度、反り、平面性、体積、段差の高さなどを含む包括的な一連の測定を行うことができます。詳細な分析のために 2D 断面をすばやく選択できます。この情報により、あらゆる種類の表面測定リソースを利用して、ピーニングされた表面の包括的な調査が可能になります。統合された AFM モジュールを使用して、特定の関心領域をさらに調べることができます。 NANOVEA 3D 表面形状計は、最大 200 mm/s の速度を実現します。サイズ、速度、スキャン機能の点でカスタマイズでき、クラス 1 クリーンルーム規格に準拠することもできます。インデックスコンベヤやインラインまたはオンライン使用のための統合などのオプションも利用できます。

本ノートに掲載のサンプルを提供してくださったIMFのヘイデン氏に深く感謝いたします。Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

同じようなアプリケーションをお持ちですか？

塗装表面の形態

自動化されたリアルタイムの進化モニタリング
ナノベア3D形状計を使用

作成者

DUANJIE LI, PhD

はじめに

塗料の保護および装飾特性は、自動車、海洋、軍事、建築などさまざまな産業で重要な役割を果たしている。耐食性、紫外線保護、耐摩耗性など、望ましい特性を実現するために、塗料の配合や構造は注意深く分析され、改良され、最適化されます。

乾燥塗料表面の形態解析における3D非接触プロフィロメータの重要性

塗料は通常、液状で塗布され、溶剤を蒸発させ、液状の塗料を固体の膜に変化させる乾燥工程を経る。乾燥の過程で、塗料の表面は徐々にその形や質感を変えていく。添加剤を用いて塗料の表面張力や流動特性を変化させることで、さまざまな表面仕上げや質感を作り出すことができる。しかし、塗料の配合が不十分であったり、表面処理が不適切であったりした場合には、塗料の表面に望ましくない不具合が生じることがある。

乾燥期間中の塗料表面の形態をその場で正確にモニタリングすることで、乾燥メカニズムについての直接的な洞察が得られます。さらに、表面形態のリアルタイムの進化は、3D プリンティングなどのさまざまなアプリケーションにおいて非常に役立つ情報です。ナノベア 3D非接触形状計サンプルに触れることなく材料の塗装表面の形態を測定し、スライドスタイラスなどの接触技術によって引き起こされる可能性のある形状の変化を回避します。

測定目的

このアプリケーションでは、高速ライン光学センサーを搭載したNANOVEA ST500非接触型プロフィロメーターを使用して、1時間の乾燥期間中の塗料表面の形態をモニターしています。連続的に形状が変化する材料の3Dプロファイルをリアルタイムで自動測定できるNANOVEA非接触型プロフィロメータの能力を紹介します。

ナノビア ST500 大面積
光学式3Dプロフィロメーター

結果・考察

金属板の表面に塗料を塗布した後、直ちに高速ラインセンサーを搭載したNANOVEA ST500非接触型プロフィロメーターを用いて、乾燥中の塗料の形態変化をその場で自動測定した。特定の時間間隔（0分、5分、10分、20分、30分、40分、50分、60分）で3D表面形態を自動的に測定・記録するマクロがプログラムされている。この自動化されたスキャン手順により、ユーザーは設定された手順を順番に実行することでスキャン作業を自動的に行うことができ、手作業によるテストや繰り返しスキャンと比較して、労力、時間、起こりうるユーザーエラーを大幅に削減することができる。この自動化は、異なる時間間隔での複数のスキャンを含む長期的な測定に非常に有用であることが証明されている。

光ラインセンサーは、図1に示すように、192点からなる輝線を生成する。この192個の光点が試料表面を同時にスキャンするため、スキャン速度が大幅に向上します。これにより、各3Dスキャンが迅速に完了し、個々のスキャン中に表面が大幅に変化するのを防ぎます。

図1: 乾燥中の塗料の表面をスキャンする光学式ラインセンサー。

図2、図3、および図4に、それぞれ代表的な時間における乾燥塗膜トポグラフィのフォールスカラー図、3D図、および2Dプロファイルを示す。画像の偽色は、容易に識別できない特徴の検出を容易にする。異なる色は、サンプル表面の異なる領域にわたる高さの変化を表しています。3Dビューは、ユーザーがさまざまな角度から塗装表面を観察するための理想的なツールを提供します。最初の30分間は、塗膜表面の偽色が暖色系から寒色系へと徐々に変化し、この間に時間の経過とともに高さが徐々に低くなっていくことを示しています。30分後と60分後の塗料を比較すると、色の変化が穏やかであることがわかる。

乾燥時間0分、30分、60分後の塗膜の全粗度分析を表1に示す。塗膜表面の平均高さは、最初の30分間の乾燥で471μmから329μmへと急速に減少していることが観察される。溶媒が気化すると同時に表面のテクスチャーが発達し、粗さSa値は7.19から22.6µmに増加した。その後、塗膜の乾燥は緩やかになり、60分後の試料高さは317 µm、Sa値は19.6 µmまで徐々に減少した。

この研究では、NANOVEA 3D非接触型プロフィロメーターが、乾燥中の塗料の3D表面変化をリアルタイムでモニタリングできることを明らかにし、塗料の乾燥プロセスに関する貴重な知見を提供します。サンプルに触れることなく表面形状を測定することで、スライディングスタイラスのような接触技術で起こりうる未乾燥塗料の形状変化を避けることができます。この非接触アプローチにより、乾燥中の塗料の表面形状を正確かつ確実に分析することができます。

図2: 乾燥時間の違いによる塗料表面の形態の変化。

図3: 異なる乾燥時間における塗料表面の変化の3Dビュー。

図4: 異なる乾燥時間後の塗料サンプルの2Dプロファイル。

図5: 塗料の乾燥時間による試料の平均高さと粗さSaの変化。

ISO 25178 - 表面テクスチャパラメータ

乾燥時間（分）	0	5	10	20	30	40	50	60
正方形（μm）	7.91	9.4	10.8	20.9	22.6	20.6	19.9	19.6
スクー	26.3	19.8	14.6	11.9	10.5	9.87	9.83	9.82
Sp (µm)	97.4	105	108	116	125	118	114	112
Sv (µm)	127	70.2	116	164	168	138	130	128
Sz (µm)	224	175	224	280	294	256	244	241
Sa (µm)	4.4	5.44	6.42	12.2	13.3	12.2	11.9	11.8

表1: 乾燥時間の違いによる塗膜の粗さ。

まとめ

このアプリケーションでは、NANOVEA ST500 3D非接触型プロフィロメーターの能力を、乾燥過程における塗料表面の形態変化をモニターすることで紹介しました。サンプル表面を同時にスキャンする192個の光スポットからなるラインを生成する高速光学ラインセンサーにより、比類のない精度を確保しながら、時間効率の高い研究が可能になりました。

取得ソフトウェアのマクロ機能は、その場で3D表面形状の自動測定をプログラミングすることを可能にし、特定の目標時間間隔で複数のスキャンを含む長期測定に特に有用である。これにより、時間、労力、ユーザーエラーの可能性が大幅に削減される。表面形状の漸進的な変化は、塗料が乾燥するにつれてリアルタイムで連続的にモニター・記録されるため、塗料の乾燥メカニズムに関する貴重な知見が得られます。

ここに示したデータは、解析ソフトウェアで利用可能な計算のほんの一部です。NANOVEAプロフィロメーターは、透明、暗色、反射性、不透明を問わず、事実上あらゆる表面を測定することができます。

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3Dプロフィロメトリーによる破壊面解析

フラクトグラフィー解析

3Dプロフィロメトリーによる

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

フラクトグラフィーは、破壊された表面の特徴を研究するもので、歴史的には顕微鏡または SEM を使用して調査されてきました。フィーチャのサイズに応じて、表面分析には顕微鏡 (マクロフィーチャ) または SEM (ナノおよびマイクロフィーチャ) が選択されます。どちらも最終的には破壊メカニズムのタイプを特定できるようになります。顕微鏡には効果的ではありますが、明らかな限界があり、SEM は原子レベルの分析を除いて、ほとんどの場合、破面測定には非実用的であり、広範な使用能力がありません。光学計測技術の進歩により、NANOVEA 3D非接触形状計ナノスケールからマクロスケールまでの 2D および 3D 表面測定を提供する機能を備え、現在、最適な機器とみなされています

亀裂検査における3D非接触プロフィロメータの重要性

SEMとは異なり、3D非接触プロフィロメータは、SEMよりも優れた垂直・水平方向の寸法を提供しながら、ほぼすべての表面、サンプルサイズ、最小限のサンプル前処理で測定することができます。プロファイラでは、ナノからマクロレンジの形状を一度の測定で捉えることができ、試料の反射率の影響を受けることはありません。透明、不透明、鏡面、拡散、研磨、粗面など、あらゆる材質を簡単に測定することができます。3D非接触プロフィロメータは、SEMの数分の一のコストで、表面破壊研究を最大化するための広範でユーザーフレンドリーな機能を提供します。

測定目的

このアプリケーションでは、ナノビアST400を用いて鋼鉄サンプルの破断面を測定しています。3Dエリア、2Dプロファイル抽出、表面の方向性マップを紹介します。

ナノビア

ST400

結果

表面

3D表面テクスチャーの方向性

等方性	51.26%
ファーストディレクション	123.2º
セカンドディレクション	116.3º
サードディレクション	0.1725º

この抽出液から表面積、体積、粗さなどを自動計算することができます。

2Dプロファイル抽出

結果

側面

3D表面テクスチャーの方向性

等方性	15.55%
ファーストディレクション	0.1617º
セカンドディレクション	110.5º
サードディレクション	171.5º

この抽出液から表面積、体積、粗さなどを自動計算することができます。

2Dプロファイル抽出

まとめ

このアプリケーションでは、ナノビアST400 3D非接触プロフィロメーターが、破砕表面の完全な地形（ナノ、マイクロ、マクロの特徴）を正確に特徴付けることができることを示しました。3D領域から、表面を明確に識別し、サブ領域またはプロファイル/クロスセクションを迅速に抽出し、表面計算の無限のリストを使用して分析することができます。サブナノメートルの表面形状は、統合されたAFMモジュールでさらに分析することができます。

さらに、ナノベアーのプロフィロメーターにはポータブルタイプもあり、特に亀裂の表面が動かないようなフィールド調査には欠かせないものとなっています。このように幅広い表面測定機能を備えているため、1台の装置で亀裂表面の分析がより簡単に、より便利になりました。

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3Dプロフィロメトリーによるガラスファイバー表面形状測定

ファイバーガラス表面トポグラフィー

3Dプロフィロメトリーによる

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

ガラス繊維は、ガラスを極細に加工した素材である。繊維強化ポリマー（FRP）、ガラス繊維強化プラスチック（GRP）などと呼ばれ、多くのポリマー製品の補強材として使用されている。

品質管理における表面形状検査の重要性

ガラス繊維強化材には多くの用途がありますが、ほとんどの用途において可能な限り強度を高めることが極めて重要です。ガラス繊維複合材料は、重量に対する強度が最も高い材料の一つであり、場合によっては鋼鉄よりも高い強度を持つこともあります。高い強度の他に、露出した表面積をできるだけ小さくすることも重要です。グラスファイバーの表面積が大きいとケミカル・アタックや材料の膨張に対して構造体がより脆弱になる可能性があります。そのため、表面検査は品質管理生産において非常に重要です。

測定目的

このアプリケーションでは、ナノビアST400 を使用して、ガラス繊維複合材料の表面の粗さと平坦さを測定しています。これらの表面特性を定量化することで、より強く、より長持ちするガラスファイバー複合材料の製造や最適化が可能になります。

ナノビア

ST400

測定パラメータ

プローブ	1mm
取得率	300Hz
アベレージング	1
測定面	5mm×2mm
ステップサイズ	5 µm x 5 µm
スキャンニングモード	一定速度

プローブ仕様

**測定範囲 RANGE**	1mm
Z RESOLUTION	25nm
Z軸正確性	200nm
水平分解能	2 μm

結果

偽色表示

3次元表面平坦度

3次元表面粗さ

サ	15.716 μm	計算上平均高さ
スク	19.905 μm	平方根高さ
Sp	116.74 μm	最大ピーク高
エスブイ	136.09 μm	ピットの最大高さ
エスエス	252.83 μm	最大高さ
エスケープ	0.556	歪度
ス	3.654	クルトーシス

まとめ

結果が示すように、NANOVEA ST400 Optical プロファイラーグラスファイバー複合材表面の粗さと平坦度を正確に測定することができました。データは、ファイバー複合材料の複数のバッチにわたって、または一定期間にわたって測定され、さまざまなファイバーグラス製造プロセスとそれらが時間の経過とともにどのように反応するかについての重要な情報を提供します。したがって、ST400 はグラスファイバー複合材料の品質管理プロセスを強化するための実行可能なオプションです。

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トライボメータによるポリマーベルトの摩耗と摩擦の測定

ポリマーベルト

トライボメータによる摩耗と摩擦

作成者

DUANJIE LI, PhD

はじめに

ベルトドライブは、2つ以上の回転軸の間で動力を伝達し、相対的な動きを追跡します。ベルトドライブはメンテナンスが最小限で済むシンプルで安価なソリューションとして、バックスソー、製材所、脱穀機、サイロブロワー、コンベアなど様々な用途で広く使用されています。ベルトドライブは過負荷から機械を保護するだけでなく、振動を減衰させ、分離することができます。

摩耗評価の重要性ベルトドライブの摩耗評価の重要性

ベルト駆動の機械ではベルトの摩擦と摩耗が避けられません。十分な摩擦があればスリップすることなく効果的に動力を伝達できますが、過度の摩擦はベルトを急速に摩耗させる可能性があります。ベルトドライブの運転中は、疲労、摩耗、摩擦などさまざまな種類の摩耗が発生します。ベルトの寿命を延ばし、ベルトの修理や交換にかかる費用と時間を削減するためには、ベルトの摩耗性能を確実に評価することがベルトの寿命、生産効率、アプリケーションの性能を向上させるために重要です。ベルトの摩擦係数や摩耗量を正確に測定することで、ベルトの研究開発や品質管理が容易になります。

測定目的

この研究では、異なる表面テクスチャを持つベルトの摩耗挙動をシミュレーションして比較し、その能力を紹介します。ナノビア T2000トライボメータは、ベルトの摩耗プロセスを制御・監視しながらシミュレートすることができます。

ナノビア

T2000

試験方法

表面粗さとテクスチャーの異なる2種類のベルトについて，摩擦係数COFと耐摩耗性を評価したました。ナノビア高負荷トライボメータ直線往復摩耗モジュールを使用。カウンター材としてスチール 440 ボール (直径 10 mm) を使用しました。統合された測定器を使用して表面粗さと摩耗痕跡を検査しました。 3D非接触表面形状計。摩耗率、 Kの式で評価した。 K=Vl(Fxs)で、ここで V は摩耗量です。 F は法線荷重であり s は滑走距離である。

なお、今回は平滑なスチール440のボールを例としていますが、形状や表面仕上げの異なるあらゆる固体材料をカスタムフィクスチャーを使用して実際のアプリケーション状況をシミュレートして適用することが可能です。

結果・考察

分析した表面プロファイルによるとテクスチャーベルトとスムースベルトの表面粗さRaはそれぞれ33.5と8.7umでした。ナノビア 3D非接触光学式プロファイラｰ試験した2つのベルトのCOFと摩耗率をそれぞれ10Nと100Nで測定し、異なる荷重でのベルトの摩耗挙動を比較しました。

図1 図1は摩耗試験中のベルトのCOFの変化を示します。異なるテクスチャを持つベルトは実質的に異なる摩耗挙動を示しています。興味深いことに、COFが徐々に増加する慣らし運転期間の後、テクスチャーベルトは10Nと100Nの荷重で行った試験の両方で、〜0.5という低いCOFに達しました。これに対し、10Nの荷重で試験したスムースベルトは、COFが安定すると〜1.4という著しく高いCOFを示し、試験の残りの間はこの値を維持します。100Nの荷重で試験した平滑ベルトは、鋼球440によって急速に摩耗し、大きな摩耗痕が形成されました。そのため試験は220回転で停止しました。

図1: 異なる負荷におけるベルトのCOFの進化。

図2は100Nの試験後の3次元摩耗痕画像の比較です。ナノビア3次元非接触プロフィロメータは摩耗痕の詳細な形状を解析するツールを提供し、摩耗メカニズムの基礎的な理解に役立つ情報を提供します。

表1: 摩耗痕の解析結果

図2: 2本のベルトの3Dビュー
100Nでの試験後。

3D摩耗痕プロファイルにより、表1に示すように高度な解析ソフトウェアで計算された摩耗痕の体積を直接かつ正確に決定することができます。220回転の摩耗試験では、スムースベルトの摩耗痕は75.7mm3と非常に大きく深くなっているのに対し、600回転の摩耗試験ではテクスチャーベルトの摩耗痕は14.0mm3となっています。スチールボールに対するスムースベルトの摩擦が非常に大きいため、テクスチャーベルトと比較して15倍の摩耗量となりました。

このようにテクスチャーベルトとスムースベルトのCOFが大きく異なるのは、ベルトと鋼球の接触面積の大きさが関係していると考えられ、それが両者の摩耗性能の違いにもつながっていると考えられます。図3は2つのベルトの摩耗痕を光学顕微鏡で観察したものです。摩耗痕の検査はCOFの変遷に関する観察と一致しています。100Nで行った摩耗試験では、テクスチャーベルトとスムースベルトの両方にかなり大きな摩耗痕ができ、次の段落で述べるように、3Dプロファイルを用いて摩耗率を計算することになります。

図3: 光学顕微鏡による摩耗痕の観察

まとめ

本研究では、ベルトの摩擦係数と摩耗量を良好に制御し定量的に評価するナノビア T2000トライボメーターの能力を紹介しました。ベルトの摩擦と耐摩耗性には、表面のテクスチャが重要な役割を担っています。テクスチャを施したベルトは摩擦係数が0.5程度と安定しており寿命も長いため、工具の修理や交換にかかる時間やコストを削減することができます。一方、平滑ベルトは鋼球との過度な摩擦によりベルトが急速に摩耗します。更にベルトにかかる負荷は寿命の重要な要素になります。過負荷は非常に高い摩擦を引き起こし、ベルトの摩耗を加速させます。

NANOVEA T2000トライボメータは、ISOおよびASTMに準拠した回転モードとリニアモードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションで高温摩耗、潤滑、摩擦腐食モジュールを1つのシステムに統合して使用することが可能です。 NANOVEAの本装置は薄膜や厚膜、軟質や硬質のコーティング、フィルム、基材などのトライボロジー特性をフルレンジで測定できる理想的な装置です。

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3次元形状測定による化石の微細構造の解明

化石微細構造

3Dプロフィロメトリーによる

作成者

DUANJIE LI, PhD

はじめに

化石とは、太古の海や湖、川の中の堆積物に埋もれた植物や動物などの生物の痕跡が保存されたものです。通常体の柔らかい組織は死後腐敗しますが、硬い貝殻や骨、歯などは化石となります。元の貝殻や骨と鉱物の交換が行われる際に微細構造の表面の特徴が保存されることが多く、気象の進化や化石の形成機構を知ることができます。

化石検査における3次元非接触型プロフィロメータの重要性

化石の 3D プロファイルにより、化石サンプルの詳細な表面の特徴をより近い角度から観察することができます。 NANOVEA 表面形状計の高い分解能と精度は、肉眼では認識できない場合があります。プロフィロメーターの分析ソフトウェアは、これらのユニークな表面に適用できる幅広い研究を提供します。タッチプローブなどの他の技術とは異なり、NANOVEA 3D非接触形状計サンプルに触れずに表面の特徴を測定します。これにより、特定のデリケートな化石サンプルの真の表面特徴を保存することが可能になります。さらに、ポータブルモデルJr25表面形状計は化石現場の3D測定を可能にし、化石分析と発掘後の保護を大幅に容易にします。

測定目的

本研究では、ナノビアJr25プロフィロメーターを用いて2つの代表的な化石試料の表面を測定しました。それぞれの化石の表面全体をスキャンし、粗さ、輪郭、テクスチャの方向などの表面特性を分析しました。

ナノビア

Jr25

腕足類の化石

最初に紹介するのは、硬い「弁」（殻）を上下に持つ海産動物の腕足類の化石である。5億5千万年以上前のカンブリア紀に初めて出現した。

図1にスキャンの3Dビューを、図2にフォルスカラービューを示します。

図1: 腕足類の化石サンプルの3Dビュー

図2: 腕足類の化石サンプルのカラー異常図

次に図3に示すように、腕足類の化石の局所的な表面形態と輪郭を調べるために、全体の形態を表面から除去しました。このとき、腕足類の化石サンプルには独特の発散溝テクスチャが観察されました。

図3: カラー異常表示と輪郭線表示

図4は、化石表面の断面図を示すために、テクスチャ領域からラインプロファイルを抽出したものです。ステップハイト調査では、表面形状の正確な寸法を測定しています。溝の平均幅は約0.38 mm、深さは約0.25 mmです。

図4: テクスチャー表面のラインプロファイルとステップハイトの研究

ウミユリ科の化石

2つ目の化石サンプルは、ウミユリの茎の化石です。ウミユリは恐竜より約3億年前のカンブリア紀中期の海に初めて現れました。

図5にスキャンの3Dビュー、図6にカラー異常ビューを示します。

図5: ウミユリの化石サンプルの3Dビュー。

図7は、ウミユリの茎化石の表面テクスチャーの等方性と粗さを分析したものです。

この化石は90°に近い角度でテクスチャーの方向が優先され、69%のテクスチャーアイソトロピーにつながります。

図6: ウミユリのカラー異常表示ウミユリ科の茎のサンプルです。

図7: ウミユリの茎化石の表面テクスチャーの等方性と粗さ

図8は、ウミユリの茎化石の軸方向に沿った2次元プロファイルを示したものです。

表面テクスチャーのピークの大きさはほぼ均一です。

図8: ウミユリの茎化石の2次元プロファイル解析

まとめ

このアプリケーションでは、ナノビアJr25ポータブル非接触型プロフィロメータを使用して、腕足類とウミユリの茎の化石の3D表面形状を包括的に研究しました。この装置により、化石サンプルの3D形状を正確に評価できることを示しました。さらに、試料の表面の興味深い特徴や質感を分析しました。腕足類のサンプルは発散性の溝を持ち、ウミユリの茎の化石は優先的なテクスチャーの等方性を示しています。詳細かつ正確な3D表面スキャンは、古生物学者や地質学者にとって、生命の進化や化石の形成を研究するための理想的なツールであることが証明されました。

ここに掲載されているデータは解析ソフトウェアで利用可能な計算の一部に過ぎません。半導体、マイクロエレクトロニクス、太陽電池、光ファイバー、自動車、航空宇宙、冶金、機械加工、コーティング、製薬、バイオメディカル、環境など、あらゆる分野の表面を測定することができます。

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3Dプロフィロメトリーによる革の表面仕上げ加工

加工革

3Dプロフィロメトリーによる表面仕上げ

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

皮革のなめし工程が完了すると、皮革の表面は様々な外観と手触りのための仕上げ工程を経ることができます。これらの機械的加工には、ストレッチ、バフィング、サンディング、エンボス加工、コーティングなどが含まれます。レザーの最終用途によっては、より精密で、制御された、再現性のある加工が必要とされる場合もあります。

プロフィロメトリー検査の重要性研究開発・品質管理のために

目視検査方法はばらつきが大きく信頼性に欠けるため、マイクロスケールやナノスケールの特徴を正確に定量化できるツールは、皮革仕上げ工程を改善することができる。革の表面仕上げを定量的に理解することで、最適な仕上げ結果を得るためのデータ駆動型表面処理選択の改善につながります。NANOVEA 3D非接触プロフィロメーター NANOVEAプロフィロメーターは、クロマティックコンフォーカル技術を利用し、皮革の表面を測定します。NANOVEAプロフィロメーターは、プローブの接触、表面のばらつき、角度、吸収、反射率によって、他の技術では信頼性の高いデータを提供できない場合でも、成功します。

測定目的

このアプリケーションでは、ナノビアST400を使用して異なるが密接に加工された2つの革サンプルの表面仕上げを測定し比較しています。表面プロファイルからいくつかの表面パラメータが自動的に計算されます。

ここでは表面粗さ、ディンプル深さ、ディンプルピッチ、ディンプル径に着目し、比較評価しています。

ナノビア

ST400

結果：サンプル1

ISO25178

高さパラメータ

その他の3Dパラメータ

結果：サンプル2

ISO25178

高さパラメータ

その他の3Dパラメータ

深さ比較

各サンプルの深度分布。
には、深いディンプルが多数観察されました。サンプル1.

ピッチ比較

ディンプル間のピッチサンプル1 が若干小さくなる
より SAMPLE 2が両者は似たような分布をしている

平均径比較

ディンプルの平均直径の分布が似ている。
をもってサンプル1 は、平均してやや小さい直径を示す。

まとめ

このアプリケーションでは、ナノビアST400 3Dプロフィロメーターが加工された革の表面仕上げを精密に特性評価できることを示しました。この研究では、表面粗さ、ディンプル深さ、ディンプルピッチ、ディンプル直径を測定できることで、目視ではわからない2つのサンプルの仕上げや品質の違いを定量的に把握することができました。

全体として、SAMPLE 1とSAMPLE 2の間で3Dスキャンの外観に目に見える違いはありませんでした。しかし、統計解析では、2つのサンプルの間に明確な区別があります。SAMPLE 1 は、SAMPLE 2 と比較して、直径が小さく、深さが大きく、ディンプル間のピッチが小さいディンプルをより多く含んでいます。

追加の研究が可能であることに注意してください。特別な関心領域は、統合されたAFMまたはマイクロスコープモジュールでさらに分析された可能性があります。ナノベアーの3Dプロフィロメーターは、20mm/sから1m/sの速度で、高速検査のニーズを満たすために、実験室や研究室で使用されています。カスタムサイズ、速度、スキャン機能、クラス1のクリーンルーム対応、インデックスコンベア、インラインまたはオンライン統合用に構築することができます。

同じようなアプリケーションをお持ちですか？

ポータブル3Dプロフィロメータによる有機物表面形状計測

有機表面形状

ポータブル3Dプロフィロメーターによる

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

自然は、表面構造を改善するための重要なインスピレーションの宝庫となっています。自然界に見られる表面構造を理解することで、ヤモリの足を使った接着の研究、ナマコの質感変化を利用した抵抗力の研究、葉を使った撥水性の研究など、さまざまな研究が行われています。これらの表面は、生物医学から衣料品、自動車に至るまで、多くの応用が期待されています。これらの表面のブレークスルーを成功させるためには、表面特性を模倣し再現できるような製造技術を開発する必要があります。このプロセスこそ、識別と制御が必要なのです。

有機表面用ポータブル3D非接触光学式プロファイラの重要性

Chromatic Light テクノロジーを活用した NANOVEA Jr25 ポータブル光学プロファイラーほぼあらゆる材料を測定できる優れた能力を備えています。これには、自然界の幅広い表面特性に見られる、独特で急な角度、反射面と吸収面が含まれます。 3D 非接触測定により、完全な 3D 画像が提供され、表面の特徴をより完全に理解できるようになります。 3D 機能がなければ、自然の表面の識別は 2D 情報または顕微鏡画像のみに依存することになり、調査対象の表面を適切に模倣するのに十分な情報が得られません。製造を成功させるには、特にテクスチャー、形状、寸法などの表面特性の全範囲を理解することが重要です。

実験室レベルの結果を現場で簡単に得られることは、新しい研究の可能性を広げます。

測定目的

このアプリケーションではナノビア Jr25は、葉の表面を測定するために使用されます。3D表面スキャン後に自動的に計算される表面パラメータは無限にあります。

ここでは、3Dサーフェイスを確認し、選択
を含む、さらに分析が必要な領域があります。
表面粗さ、チャンネル、トポグラフィーの定量化および調査

ナノビア

JR25

試験条件

ファーローデプス

溝の平均密度16.471cm/cm2
平均溝深さ：97.428μm
最大深度：359.769μm

まとめ

このアプリケーションでは、どのようにナノビア Jr25ポータブル3D非接触光学式プロファイラーは、フィールドで葉の表面の形状とナノメートルスケールの詳細の両方を正確に特性評価することができます。これらの3D表面測定から、興味のある領域を素早く特定し、その後、無限の研究リストで分析することができます (寸法、粗さ仕上がり形状、形状形状、平坦度反り平面度、体積面積、段差高さなど）。2次元の断面図を簡単に選択し、さらに詳細な分析を行うことができます。この情報により、表面測定リソースの完全なセットを使用して、有機表面を幅広く調査することができます。また、テーブルトップモデルに統合されたAFMモジュールにより、特別な関心領域もさらに分析することができます。

ナノビアまた、フィールド調査用のポータブル高速形状測定器やラボ用システムも幅広く提供し、ラボサービスも行っています。

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製品情報

プロフィロメーター

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

真空システム

トライボメータ

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

真空システム

ラボサービス

非接触型プロフィロメトリー解析

インデンテーションとスクラッチテスト

摩擦・摩耗試験

表面トポロジーと化学分析

テストソリューション

プロフィロメトリー

粗さ・仕上がり

ジオメトリとシェイプ

平坦度・反り

体積・面積

ステップの高さと厚み

テクスチャー＆グレーン

メカニカルテスト

圧痕｜硬度・弾性率

圧痕｜応力と歪み

圧痕｜クリープ＆リラクゼーション

圧痕｜紛失と保管

圧痕｜破壊靭性

圧痕｜降伏強度・疲労強度

高温

湿度

バキューム

スクラッチ｜接着剤の不具合

スクラッチ｜コヒーシブフェイル

スクラッチ｜スクラッチハードネス

スクラッチ｜マルチパスウェア

摩擦｜摩擦係数

低温

液体

トライボロジー試験

リニア

回転式

ブロック・オン・リング

リング・オン・リング

スクラッチテスト

ブレーキ摩擦試験

高温

低温

腐食

液体

湿度・不活性ガス

バキューム

アプリケーション

産業別

バイオ・バイオテクノロジー

建設資材

コンシューマープロダクツ

医療機器

金属製造・機械加工

石油・鉱業

光学系

ペイント＆コーティング

医薬

半導体・エレクトロニクス

繊維・皮革・紙

金型・機械

地上交通機関

宇宙・航空

軍事・防衛