카테고리: 프로파일 측정 | 텍스처 및 그레인

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

앤드류 쇼어

소개

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 자세히 알아보기 nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the 나노베아 PB1000 기계식 테스터, 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.

나노비아 PB1000 Advanced

기계 테스터

테스트 조건

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	프로그레시브
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	원뿔형
Indenter material (tip)	다이아몬드
들여쓰기 팁 반경	20 µm
온도	24°C (room)

표 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	프로그레시브
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
로딩 속도	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	다이아몬드
들여쓰기 팁 반경	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.

결과 및 토론

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.

결론

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.

참조

[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

작성자

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

소개

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 자세히 알아보기 non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

이 애플리케이션에서는 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.

나노비아 JR25 Portable
광학 프로파일로미터

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.

측정 매개변수

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	제곱 평균 제곱근 높이
Ssk	-0.102		기울기
SKU	3.715		첨도
Sp	18.861	µm	최대 피크 높이
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	최대 높이
Sa	1.888	µm	산술 평균 높이

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: 없음
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: 없음

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: 없음
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: 없음

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

결론

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.

참조

[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?

Shot Peened 표면 분석

숏핀 표면 분석

3D 비접촉식 프로파일로미터 사용

작성자

크레이그 레싱

소개

쇼트 피닝은 기판에 구형 금속, 유리 또는 세라믹 비드(일반적으로 "샷"이라고 함)를 표면에 가소성을 유도하기 위한 힘으로 충격을 가하는 공정입니다. 피닝 전후의 특성을 분석하면 프로세스 이해 및 제어를 향상시키는 데 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 샷에 의해 남겨진 딤플의 표면 거칠기와 적용 범위는 특히 주목할 만한 측면입니다.

숏핀 표면 분석을 위한 3D 비접촉 프로파일로미터의 중요성

전통적으로 샷 피닝된 표면 분석에 사용되었던 기존 접촉식 프로파일로미터와 달리 3D 비접촉식 측정은 완전한 3D 이미지를 제공하여 적용 범위와 표면 지형에 대한 보다 포괄적인 이해를 제공합니다. 3D 기능이 없으면 검사는 2D 정보에만 의존하게 되므로 표면 특성화에 충분하지 않습니다. 지형, 적용 범위 및 거칠기를 3D로 이해하는 것이 피닝 공정을 제어하거나 개선하기 위한 최선의 접근 방식입니다. 나노베아의 3D 비접촉 프로파일로미터 가공된 표면과 피닝된 표면에서 발견되는 가파른 각도를 측정하는 고유한 기능을 갖춘 Chromatic Light 기술을 활용합니다. 또한 프로브 접촉, 표면 변화, 각도 또는 반사율로 인해 다른 기술이 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지 못하는 경우 NANOVEA Profilometer가 성공합니다.

측정 목표

이 응용 분야에서 NANOVEA ST400 비접촉식 프로파일로미터는 비교 검토를 위해 원료와 두 개의 서로 다른 피닝 표면을 측정하는 데 사용됩니다. 3D 표면 스캔 후 자동으로 계산할 수 있는 끝없는 표면 매개변수 목록이 있습니다. 여기에서는 3D 표면을 검토하고 거칠기, 딤플 및 표면적을 정량화하고 조사하는 것을 포함하여 추가 분석을 위해 관심 영역을 선택합니다.

나노비아 ST400 표준
광학 3D 프로파일로미터

샘플

결과

강철 표면

ISO 25178 3D 조도 매개변수

SA	0.399㎛	평균 거칠기
Sq	0.516㎛	RMS 거칠기
Sz	5.686μm	최대 피크-밸리
Sp	2.976μm	최대 피크 높이
Sv	2.711μm	최대 피트 깊이
SKU	3.9344	첨도
Ssk	-0.0113	기울기
남자 이름	0.0028mm	자동 상관 길이
Str	0.0613	텍스처 종횡비
스다르	26.539mm²	표면적
Svk	0.589㎛	감소된 계곡 깊이

결과

피닝된 표면 1

표면 커버리지 98.105%

ISO 25178 3D 조도 매개변수

Sa	4.102㎛	평균 거칠기
Sq	5.153㎛	RMS 거칠기
Sz	44.975μm	최대 피크-밸리
Sp	24.332㎛	최대 피크 높이
Sv	20.644μm	최대 피트 깊이
SKU	3.0187	첨도
Ssk	0.0625	기울기
남자 이름	0.0976mm	자동 상관 길이
Str	0.9278	텍스처 종횡비
스다르	29.451mm²	표면적
Svk	5.008μm	감소된 계곡 깊이

결과

피닝된 표면 2

표면 커버리지 97.366%

ISO 25178 3D 조도 매개변수

Sa	4.330㎛	평균 거칠기
Sq	5.455㎛	RMS 거칠기
Sz	54.013㎛	최대 피크-밸리
Sp	25.908μm	최대 피크 높이
Sv	28.105μm	최대 피트 깊이
SKU	3.0642	첨도
Ssk	0.1108	기울기
남자 이름	0.1034mm	자동 상관 길이
Str	0.9733	텍스처 종횡비
스다르	29.623mm²	표면적
Svk	5.167μm	감소된 계곡 깊이

결론

이 숏 피닝 표면 분석 애플리케이션에서 우리는 NANOVEA ST400 3D 비접촉식 프로파일러가 피닝 표면의 지형과 나노미터 세부 사항을 모두 정확하게 특성화하는 방법을 시연했습니다. 표면 1과 표면 2 모두 원료와 비교할 때 여기에 보고된 모든 매개변수에 상당한 영향을 미친다는 것이 분명합니다. 이미지를 간단하게 육안으로 검사하면 표면 간의 차이를 알 수 있습니다. 이는 커버리지 영역과 나열된 매개변수를 관찰하여 추가로 확인됩니다. 표면 2와 비교하여 표면 1은 더 낮은 평균 거칠기(Sa), 더 얕은 찌그러짐(Sv) 및 감소된 표면적(Sdar)을 나타내지만 커버리지 영역은 약간 더 높습니다.

이러한 3D 표면 측정에서 관심 영역을 쉽게 식별하고 거칠기, 마감, 질감, 모양, 지형, 편평도, 뒤틀림, 평면도, 부피, 계단 높이 등을 포함한 포괄적인 측정을 수행할 수 있습니다. 자세한 분석을 위해 2D 단면을 빠르게 선택할 수 있습니다. 이 정보를 통해 표면 측정 리소스의 전체 범위를 활용하여 피닝된 표면을 포괄적으로 조사할 수 있습니다. 통합 AFM 모듈을 사용하여 특정 관심 영역을 추가로 검사할 수 있습니다. NANOVEA 3D 프로파일로미터는 최대 200mm/s의 속도를 제공합니다. 크기, 속도, 스캔 기능 측면에서 사용자 정의할 수 있으며 클래스 1 클린룸 표준도 준수할 수 있습니다. 인라인 또는 온라인 사용을 위한 인덱싱 컨베이어 및 통합과 같은 옵션도 사용할 수 있습니다.

본 문서에 제시된 샘플을 제공해 주신 IMF의 헤이든 씨께 특별히 감사드립니다. 산업 금속 마감 처리 주식회사 | indmetfin.com

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페인트 표면 형태

자동화된 실시간 진화 모니터링
NANOVEA 3D 프로필로미터 사용하기

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

페인트의 보호 및 장식 특성은 자동차, 해양, 군사 및 건설을 포함한 다양한 산업에서 중요한 역할을 합니다. 내부식성, UV 보호 및 내마모성과 같은 원하는 특성을 달성하기 위해 페인트 공식 및 구조를 신중하게 분석, 수정 및 최적화합니다.

건조 페인트 표면 형태 분석을 위한 3D 비접촉 프로파일로미터의 중요성

페인트는 일반적으로 액체 형태로 적용되며 건조 과정을 거치는데, 여기에는 용매가 증발하고 액체 페인트가 고체 필름으로 변형됩니다. 건조 과정에서 페인트 표면은 모양과 질감이 점진적으로 바뀝니다. 첨가제를 사용하여 페인트의 표면 장력 및 유동 특성을 수정함으로써 다양한 표면 마감 및 질감을 개발할 수 있습니다. 그러나 잘못 공식화된 페인트 레시피 또는 부적절한 표면 처리의 경우 원하지 않는 페인트 표면 손상이 발생할 수 있습니다.

건조 기간 동안 페인트 표면 형태를 정확하게 현장에서 모니터링하면 건조 메커니즘에 대한 직접적인 통찰력을 얻을 수 있습니다. 또한, 표면 형태의 실시간 변화는 3D 프린팅과 같은 다양한 응용 분야에서 매우 유용한 정보입니다. 나노베아 3D 비접촉 프로파일로미터 샘플을 건드리지 않고 재료의 페인트 표면 형태를 측정하여 슬라이딩 스타일러스와 같은 접촉 기술로 인해 발생할 수 있는 모양 변경을 방지합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 고속 라인 광학 센서가 장착된 NANOVEA ST500 비접촉 프로파일로미터를 사용하여 1시간 건조 기간 동안 페인트 표면 형태를 모니터링합니다. 우리는 지속적인 형상 변화로 재료의 자동화된 실시간 3D 프로파일 측정을 제공하는 NANOVEA 비접촉 프로파일로미터의 기능을 선보입니다.

나노비아 ST500 대면적
광학 3D 프로파일로미터

결과 및 토론

금속 시트의 표면에 페인트를 도포한 후 고속 라인 센서가 장착된 NANOVEA ST500 비접촉 프로파일로미터를 사용하여 현장에서 즉시 건조 페인트의 형태 변화를 자동 측정했습니다. 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60분의 특정 시간 간격으로 3D 표면 형태를 자동으로 측정하고 기록하도록 매크로가 프로그래밍되었습니다. 이 자동 스캔 절차를 통해 사용자는 설정된 절차를 순차적으로 실행하여 스캔 작업을 자동으로 수행할 수 있으므로 수동 테스트 또는 반복 스캔에 비해 노력, 시간 및 발생할 수 있는 사용자 오류를 크게 줄일 수 있습니다. 이 자동화는 서로 다른 시간 간격으로 여러 번 스캔하는 장기 측정에 매우 유용합니다.

광학 라인 센서는 그림 1과 같이 192개의 포인트로 구성된 밝은 라인을 생성합니다. 이 192개의 광점은 샘플 표면을 동시에 스캔하여 스캔 속도를 크게 향상시킵니다. 이렇게 하면 각 3D 스캔이 신속하게 완료되어 각 개별 스캔 중에 상당한 표면 변화를 방지할 수 있습니다.

그림 1: 건조 중인 페인트의 표면을 스캔하는 광학 라인 센서.

대표적인 시간에 건조 페인트 토포그래피의 가색 보기, 3D 보기 및 2D 프로파일이 각각 그림 2, 그림 3 및 그림 4에 표시됩니다. 이미지의 가색은 쉽게 식별할 수 없는 기능을 쉽게 감지할 수 있도록 합니다. 서로 다른 색상은 샘플 표면의 서로 다른 영역에서 높이 변화를 나타냅니다. 3D 보기는 사용자가 다양한 각도에서 페인트 표면을 관찰할 수 있는 이상적인 도구를 제공합니다. 테스트의 처음 30분 동안, 페인트 표면의 가색은 따뜻한 톤에서 차가운 톤으로 점차 바뀌어 이 기간 동안 높이가 점진적으로 감소함을 나타냅니다. 30분과 60분에 페인트를 비교할 때 온화한 색상 변화로 알 수 있듯이 이 프로세스가 느려집니다.

페인트 건조 시간의 함수로서 평균 샘플 높이 및 거칠기 Sa 값이 그림 5에 표시되어 있습니다. 0분, 30분 및 60분 건조 시간 후 페인트의 전체 거칠기 분석이 표 1에 나열되어 있습니다. 다음을 관찰할 수 있습니다. 페인트 표면의 평균 높이는 건조 시간의 처음 30분 동안 471에서 329μm로 급격히 감소합니다. 표면 질감은 용매가 증발함과 동시에 발생하여 조도 Sa 값이 7.19에서 22.6μm로 증가합니다. 그 후 페인트 건조 공정이 느려져 샘플 높이와 Sa 값이 60분에 각각 317μm 및 19.6μm로 점진적으로 감소합니다.

이 연구는 건조 페인트의 3D 표면 변화를 실시간으로 모니터링하는 NANOVEA 3D 비접촉 프로파일로미터의 기능을 강조하여 페인트 건조 프로세스에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 프로파일로미터는 샘플을 건드리지 않고 표면 형태를 측정함으로써 슬라이딩 스타일러스와 같은 접촉 기술에서 발생할 수 있는 건조되지 않은 페인트의 모양 변경을 방지합니다. 이 비접촉 방식은 건조 페인트 표면 형태에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 분석을 보장합니다.

그림 2: 다른 시간에 건조 페인트 표면 형태의 진화.

그림 3: 다양한 건조 시간에 따른 페인트 표면 변화의 3D 보기.

그림 4: 다양한 건조 시간 후 페인트 샘플에 대한 2D 프로파일.

그림 5: 페인트 건조 시간의 함수로서 평균 샘플 높이 및 거칠기 값 Sa의 변화.

ISO 25178 - 표면 텍스처 매개변수

건조시간(분)	0	5	10	20	30	40	50	60
제곱(µm)	7.91	9.4	10.8	20.9	22.6	20.6	19.9	19.6
SKU	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
시버트(µm)	127	70.2	116	164	168	138	130	128
사이즈(µm)	224	175	224	280	294	256	244	241
사(µm)	4.4	5.44	6.42	12.2	13.3	12.2	11.9	11.8

표 1: 다른 건조 시간에 페인트 거칠기.

결론

이 애플리케이션에서 우리는 NANOVEA ST500 3D 비접촉 프로파일로미터가 건조 공정 중 페인트 표면 형태의 변화를 모니터링하는 기능을 선보였습니다. 샘플 표면을 동시에 스캔하는 192개의 광점이 있는 라인을 생성하는 고속 광학 라인 센서는 타의 추종을 불허하는 정확도를 보장하면서 연구 시간을 효율적으로 만들었습니다.

획득 소프트웨어의 매크로 기능을 사용하면 3D 표면 형태의 자동 측정을 현장에서 프로그래밍할 수 있으므로 특정 대상 시간 간격에서 여러 스캔을 포함하는 장기 측정에 특히 유용합니다. 시간, 노력 및 사용자 오류 가능성을 크게 줄입니다. 표면 형태의 점진적인 변화는 페인트가 건조됨에 따라 실시간으로 지속적으로 모니터링되고 기록되어 페인트 건조 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.

여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부만을 나타냅니다. NANOVEA 프로파일로미터는 투명, 어둡거나 반사 또는 불투명 여부에 관계없이 거의 모든 표면을 측정할 수 있습니다.

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3D 프로파일 측정을 이용한 프랙토그래피 분석

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작성자

크레이그 레싱

소개

파면분석(Fractography)은 파손된 표면의 특징을 연구하는 것으로 역사적으로 현미경이나 SEM을 통해 조사되어 왔습니다. 피처의 크기에 따라 표면 분석을 위해 현미경(매크로 피처) 또는 SEM(나노 및 마이크로 피처)이 선택됩니다. 두 가지 모두 궁극적으로 파손 메커니즘 유형을 식별할 수 있습니다. 비록 효과적이긴 하지만 현미경은 명확한 한계를 가지고 있으며 원자 수준 분석을 제외한 대부분의 경우 SEM은 파손 표면 측정에 실용적이지 않으며 광범위한 사용 기능이 부족합니다. 광학 측정 기술의 발전으로 NANOVEA는 3D 비접촉 프로파일로미터 이제 거시적 규모의 2D 및 3D 표면 측정을 통해 나노를 제공할 수 있는 능력을 갖춘 최고의 장비로 간주됩니다.

골절 검사를 위한 3D 비접촉식 프로파일로미터의 중요성

3D 비접촉 프로파일로미터는 SEM과 달리 최소한의 시료 준비만으로 거의 모든 표면과 시료 크기를 측정할 수 있으며, 수직/수평 치수도 SEM보다 우수합니다. 프로파일러를 사용하면 시료 반사율의 영향을 받지 않고 나노부터 매크로 범위의 특징을 한 번의 측정으로 캡처할 수 있습니다. 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택, 거칠기 등 모든 재료를 쉽게 측정할 수 있습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터는 광범위하고 사용자 친화적인 기능을 제공하여 SEM 비용의 일부로 표면 파괴 연구를 극대화할 수 있습니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서 나노베아 ST400은 강철 샘플의 파쇄 표면을 측정하는 데 사용됩니다. 이 연구에서는 표면의 3D 영역, 2D 프로파일 추출 및 표면 방향 맵을 소개합니다.

나노비아

ST400

결과

상단 표면

3D 표면 텍스처 방향

등방성	51.26%
첫 번째 방향	123.2º
두 번째 방향	116.3º
세 번째 방향	0.1725º

이 추출을 통해 표면적, 부피, 거칠기 등을 자동으로 계산할 수 있습니다.

2D 프로파일 추출

결과

측면 표면

3D 표면 텍스처 방향

등방성	15.55%
첫 번째 방향	0.1617º
두 번째 방향	110.5º
세 번째 방향	171.5º

이 추출을 통해 표면적, 부피, 거칠기 등을 자동으로 계산할 수 있습니다.

2D 프로파일 추출

결론

이 애플리케이션에서는 나노베아 ST400 3D 비접촉식 프로파일로미터가 어떻게 파손된 표면의 전체 형상(나노, 마이크로 및 매크로 특징)을 정밀하게 특성화할 수 있는지 보여주었습니다. 3D 영역에서 표면을 명확하게 식별하고 무한한 표면 계산 목록으로 하위 영역 또는 프로파일/단면을 빠르게 추출하고 분석할 수 있습니다. 통합된 AFM 모듈로 나노미터 이하의 표면 특징을 추가로 분석할 수 있습니다.

또한, 나노베아는 파단 표면을 움직일 수 없는 현장 연구에 특히 중요한 휴대용 버전을 프로파일로미터 라인업에 포함시켰습니다. 이처럼 광범위한 표면 측정 기능을 갖춘 단일 장비로 파단 표면 분석이 그 어느 때보다 쉽고 편리해졌습니다.

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3D 프로파일 측정을 사용한 유리 섬유 표면 형상

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3D 프로파일 측정 사용

작성자

크레이그 레싱

소개

유리섬유는 매우 미세한 유리 섬유로 만든 소재입니다. 많은 폴리머 제품의 강화제로 사용되며, 섬유 강화 폴리머(FRP) 또는 유리 강화 플라스틱(GRP)으로 제대로 알려진 복합 소재를 일반적으로 "유리 섬유"라고 부릅니다.

품질 관리를 위한 표면 계측 검사의 중요성

유리섬유 보강재의 용도는 다양하지만, 대부분의 응용 분야에서는 가능한 한 강도가 높은 것이 중요합니다. 유리섬유 복합재는 무게 대비 강도가 가장 높은 소재 중 하나이며, 경우에 따라서는 파운드당 강도가 강철보다 더 강한 경우도 있습니다. 높은 강도 외에도 노출된 표면적을 최대한 작게 만드는 것도 중요합니다. 유리 섬유 표면이 넓으면 구조물이 화학적 공격에 더 취약해지고 재료가 팽창할 수 있습니다. 따라서 표면 검사는 품질 관리 생산에 매우 중요합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서 NANOVEA ST400은 유리섬유 복합재 표면의 거칠기 및 평탄도를 측정하는 데 사용됩니다. 이러한 표면 특징을 정량화함으로써 더 강하고 오래 지속되는 유리섬유 복합 재료를 만들거나 최적화할 수 있습니다.

나노비아

ST400

측정 매개변수

프로브	1 mm
획득률	300Hz
평균화	1
측정된 표면	5mm x 2mm
스텝 크기	5 µm x 5 µm
스캔 모드	일정한 속도

프로브 사양

측정 범위	1 mm
Z 해상도	25nm
Z 정확도	200nm
측면 해상도	2 μm

결과

거짓 색상 보기

3D 표면 평탄도

3D 표면 거칠기

Sa	15.716 μm	산술 평균 높이
Sq	19.905 μm	평균 제곱근 높이
Sp	116.74 μm	최대 피크 높이
Sv	136.09 μm	최대 피트 높이
Sz	252.83 μm	최대 높이
Ssk	0.556	기울기
Ssu	3.654	첨도

결론

결과에서 볼 수 있듯이 NANOVEA ST400 Optical은 프로파일러 유리섬유 복합재 표면의 거칠기와 평탄도를 정확하게 측정할 수 있었습니다. 여러 배치의 섬유 복합재 및/또는 특정 기간에 걸쳐 데이터를 측정하여 다양한 유리 섬유 제조 공정과 시간 경과에 따른 반응에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다. 따라서 ST400은 유리섬유 복합재료의 품질 관리 프로세스를 강화하기 위한 실행 가능한 옵션입니다.

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트라이보미터를 사용한 폴리머 벨트 마모 및 마찰

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트라이보미터를 사용한 마모 및 마찰

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

벨트 드라이브는 동력을 전달하고 둘 이상의 회전축 사이의 상대적인 움직임을 추적합니다. 벨트 드라이브는 최소한의 유지보수로 간단하고 경제적인 솔루션으로 벅쏘, 제재소, 탈곡기, 사일로 블로어, 컨베이어 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 벨트 드라이브는 과부하로부터 기계를 보호할 뿐만 아니라 습기를 차단하고 진동을 차단할 수 있습니다.

마모 평가의 중요성 벨트 드라이브의 경우

벨트 구동 기계의 벨트는 마찰과 마모가 불가피합니다. 충분한 마찰은 미끄러짐 없이 효과적인 동력 전달을 보장하지만 과도한 마찰은 벨트를 빠르게 마모시킬 수 있습니다. 벨트 구동 작동 중에는 피로, 마모, 마찰 등 다양한 유형의 마모가 발생합니다. 벨트의 수명을 연장하고 벨트 수리 및 교체에 드는 비용과 시간을 절감하기 위해서는 벨트의 마모 성능을 신뢰성 있게 평가하여 벨트의 수명, 생산 효율성 및 응용 분야 성능을 개선하는 것이 바람직합니다. 벨트의 마찰 계수 및 마모율을 정확하게 측정하면 벨트 생산의 R&D 및 품질 관리가 용이해집니다.

측정 목표

이 연구에서는 다양한 표면 질감을 가진 벨트의 마모 거동을 시뮬레이션하여 비교했습니다. 나노비아 T2000 트라이보미터는 벨트의 마모 과정을 제어 및 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.

나노비아

T2000

테스트 절차

표면 거칠기와 질감이 다른 두 벨트의 마찰 계수, COF 및 내마모성을 다음과 같이 평가했습니다. 나노비아 고부하 트라이보미터 선형 왕복 마모 모듈을 사용합니다. Steel 440 볼(직경 10mm)을 카운터 재료로 사용했습니다. 통합된 측정기를 사용하여 표면 거칠기와 마모 트랙을 검사했습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 마모율, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=Vl(Fxs)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 는 슬라이딩 거리입니다.

이 연구에서는 매끄러운 스틸 440 볼을 예로 사용했으며, 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.

결과 및 토론

텍스처 벨트 및 스무스 벨트의 표면 거칠기 Ra는 각각 33.5 및 8.7 um이며, 분석된 표면 프로파일에 따르면 나노비아 3D 비접촉식 광학 프로파일러. 서로 다른 하중에서 벨트의 마모 거동을 비교하기 위해 테스트한 두 벨트의 COF와 마모율을 각각 10N과 100N에서 측정했습니다.

그림 1 은 마모 테스트 중 벨트의 COF 변화를 보여줍니다. 텍스처가 다른 벨트는 상당히 다른 마모 거동을 보입니다. 흥미로운 점은 COF가 점진적으로 증가하는 런인 기간이 지나면 텍스처 벨트는 10N 및 100N의 하중을 사용하여 수행한 두 테스트 모두에서 ~0.5의 낮은 COF에 도달한다는 것입니다. 이에 비해 10N의 하중으로 테스트한 스무스 벨트는 COF가 안정될 때 ~1.4의 상당히 높은 COF를 나타내며 나머지 테스트 동안 이 값 이상을 유지한다는 것입니다. 100N의 하중을 가하여 테스트한 스무스 벨트는 강철 440 볼에 의해 빠르게 마모되어 큰 마모 트랙을 형성했습니다. 따라서 테스트는 220 회전에서 중단되었습니다.

그림 1: 다양한 하중에서 벨트의 COF의 진화.

그림 2는 100N에서 테스트 후 3D 마모 트랙 이미지를 비교한 것입니다. 나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모 트랙의 상세한 형태를 분석할 수 있는 도구를 제공하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 더 많은 통찰력을 제공합니다.

표 1: 마모 트랙 분석 결과.

그림 2: 두 벨트의 3D 보기
100N에서 테스트한 후

3D 마모 트랙 프로파일을 사용하면 표 1과 같이 고급 분석 소프트웨어에서 계산한 마모 트랙 부피를 직접 정확하게 측정할 수 있습니다. 220회전 마모 테스트에서 스무스 벨트는 600회전 마모 테스트 후 텍스처드 벨트의 마모 부피가 14.0mm3인 것에 비해 75.7mm3의 부피로 훨씬 더 크고 깊은 마모 트랙을 가집니다. 스틸 볼에 대한 스무스 벨트의 마찰이 훨씬 더 높기 때문에 텍스쳐드 벨트에 비해 마모율이 15배 더 높습니다.

텍스처 벨트와 스무스 벨트 사이의 이러한 급격한 COF 차이는 벨트와 스틸 볼 사이의 접촉 면적 크기와 관련이 있을 수 있으며, 이는 또한 다른 마모 성능으로 이어집니다. 그림 3은 광학 현미경으로 두 벨트의 마모 트랙을 보여줍니다. 마모 트랙 검사는 COF 진화에 대한 관찰과 일치합니다: 0.5의 낮은 COF를 유지하는 텍스처드 벨트는 10N의 하중에서 마모 테스트 후 마모 징후가 나타나지 않습니다. 스무스 벨트는 10N에서 작은 마모 트랙을 보여줍니다. 100N에서 수행한 마모 테스트는 텍스처드 벨트와 스무스 벨트 모두에서 상당히 큰 마모 트랙을 생성하며 다음 단락에서 설명하는 대로 3D 프로파일을 사용하여 마모율을 계산합니다.

그림 3: 광학 현미경으로 트랙을 착용합니다.

결론

이 연구에서는 벨트의 마찰 계수와 마모율을 잘 제어되고 정량적인 방식으로 평가할 수 있는 나노베아 T2000 트라이보미터의 성능을 보여주었습니다. 표면 텍스처는 벨트의 서비스 성능 중 마찰 및 내마모성에 중요한 역할을 합니다. 텍스처가 있는 벨트는 마찰 계수가 0.5 정도로 안정적이며 수명이 길기 때문에 공구 수리 또는 교체에 드는 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 이에 비해 매끄러운 벨트와 스틸 볼의 과도한 마찰은 벨트를 빠르게 마모시킵니다. 또한 벨트에 가해지는 하중은 벨트의 수명을 결정짓는 중요한 요소입니다. 과부하는 매우 높은 마찰을 발생시켜 벨트의 마모를 가속화합니다.

나노베아 T2000 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아의 타의 추종을 불허하는 범위는 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 전체 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

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3D 프로파일 측정을 이용한 화석 미세 구조 분석

화석 미세 구조

3D 프로파일 측정 사용

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

화석은 고대 바다, 호수, 강 아래의 퇴적물에 묻혀 있던 식물, 동물, 기타 생물의 흔적이 보존된 유물입니다. 부드러운 신체 조직은 보통 사후에 부패하지만 딱딱한 껍질, 뼈, 치아는 화석화됩니다. 원래 껍질과 뼈의 광물 교체가 일어날 때 미세 구조 표면의 특징이 보존되는 경우가 많으며, 이를 통해 날씨의 진화와 화석의 형성 메커니즘에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

화석 검사를 위한 3D 비접촉식 프로파일로미터의 중요성

화석의 3D 프로파일을 통해 화석 샘플의 상세한 표면 특징을 더 가까운 각도에서 관찰할 수 있습니다. NANOVEA 프로파일로미터의 높은 해상도와 정확도는 육안으로는 식별할 수 없습니다. 프로파일로미터의 분석 소프트웨어는 이러한 고유한 표면에 적용할 수 있는 광범위한 연구를 제공합니다. NANOVEA는 터치 프로브와 같은 다른 기술과 달리 3D 비접촉 프로파일로미터 샘플을 건드리지 않고 표면 특징을 측정합니다. 이를 통해 특정 섬세한 화석 샘플의 실제 표면 특징을 보존할 수 있습니다. 또한 휴대용 모델인 Jr25 프로파일로미터를 사용하면 화석 현장에서 3D 측정이 가능하므로 발굴 후 화석 분석 및 보호가 상당히 용이해집니다.

측정 목표

이 연구에서는 두 개의 대표적인 화석 샘플의 표면을 측정하기 위해 나노베아 Jr25 프로파일로미터를 사용했습니다. 각 화석의 전체 표면을 스캔하고 분석하여 거칠기, 윤곽, 텍스처 방향 등 표면의 특징을 파악했습니다.

나노비아

Jr25

브라키오포드 화석

이 보고서에서 소개하는 첫 번째 화석 샘플은 브라키오포드 화석으로, 위아래 표면에 딱딱한 '밸브'(껍질)가 있는 해양 동물에서 나온 화석입니다. 브라키오패드는 5억 5천만 년 전인 캄브리아기에 처음 등장했습니다.

스캔의 3D 보기는 그림 1에 표시되어 있고 가색 보기는 그림 2에 표시되어 있습니다.

그림 1: 브라키오포드 화석 샘플의 3D 보기.

그림 2: 브라키오포드 화석 샘플의 가색 보기.

그런 다음 그림 3과 같이 브라키오포드 화석의 국부적인 표면 형태와 윤곽을 조사하기 위해 표면에서 전체적인 형태를 제거했습니다. 이제 브라키오포드 화석 샘플에서 특이한 발산 홈 텍스처를 관찰할 수 있습니다.

그림 3: 양식 제거 후 가색 보기 및 윤곽선 보기.

텍스처 영역에서 선 프로파일을 추출하여 화석 표면의 단면도를 그림 4에 표시합니다. 단차 높이 연구는 표면 특징의 정확한 치수를 측정합니다. 홈의 평균 폭은 ~0.38mm, 깊이는 ~0.25mm입니다.

그림 4: 텍스처링된 표면의 선 프로파일 및 스텝 높이 연구.

크리노이드 줄기 화석

두 번째 화석 샘플은 크리노이드 줄기 화석입니다. 크리노이드는 공룡보다 약 3억 년 전인 캄브리아기 중기 바다에 처음 등장했습니다.

스캔의 3D 보기는 그림 5에 표시되어 있고 가색 보기는 그림 6에 표시되어 있습니다.

그림 5: 크리노이드 화석 샘플의 3D 보기.

크리노이드 줄기 화석의 표면 질감 등방성 및 거칠기는 그림 7에서 분석됩니다.

이 화석은 90°에 가까운 각도에서 텍스처 방향이 선호되어 69%의 텍스처 등방성을 갖습니다.

그림 6: 의 가색 보기 크리노이드 줄기 샘플.

그림 7: 크리노이드 줄기 화석의 표면 텍스처 등방성 및 거칠기.

크리노이드 줄기 화석의 축 방향을 따른 2D 프로파일은 그림 8에 나와 있습니다.

표면 텍스처의 피크 크기는 상당히 균일합니다.

그림 8: 크리노이드 줄기 화석의 2D 프로파일 분석.

결론

이 애플리케이션에서는 휴대용 비접촉식 프로파일로미터인 NANOVEA Jr25를 사용하여 브라키오포드 및 크리노이드 줄기 화석의 3D 표면 특징을 종합적으로 연구했습니다. 이 기기가 화석 샘플의 3D 형태를 정밀하게 특성화할 수 있음을 보여주었습니다. 그런 다음 샘플의 흥미로운 표면 특징과 질감을 추가로 분석합니다. 브라키오포드 샘플은 다양한 홈 텍스처를 가지고 있는 반면, 크리노이드 줄기 화석은 우선적인 텍스처 등방성을 보여줍니다. 상세하고 정밀한 3D 표면 스캔은 고생물학자와 지질학자가 생명의 진화와 화석의 형성을 연구하는 데 이상적인 도구로 입증되었습니다.

여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부만을 나타냅니다. 나노베아 프로파일로미터는 반도체, 마이크로일렉트로닉스, 태양광, 광섬유, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 등 다양한 분야의 거의 모든 표면을 측정합니다.

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작성자

크레이그 레싱

소개

가죽 가죽의 태닝 공정이 완료되면 가죽 표면은 다양한 모양과 촉감을 위해 여러 가지 마감 공정을 거칠 수 있습니다. 이러한 기계적 공정에는 스트레칭, 버핑, 샌딩, 엠보싱, 코팅 등이 포함될 수 있습니다. 가죽의 최종 용도에 따라 더 정밀하고 제어 가능하며 반복 가능한 가공이 필요할 수도 있습니다.

프로파일로메트리 검사의 연구개발 및 품질 관리에서의 중요성

육안 검사 방법의 편차가 크고 신뢰성이 낮기 때문에 마이크로 및 나노 스케일 특징을 정확하게 정량화할 수 있는 도구는 가죽 마감 공정을 개선할 수 있습니다. 가죽 표면 마감을 정량화할 수 있는 방식으로 이해하면 데이터 기반 표면 처리 선택을 개선하여 최적의 마감 결과를 얻을 수 있습니다. 나노베아 3D 비접촉식 프로파일러 는 색채 공초점 기술을 활용하여 완성된 가죽 표면을 측정하고 시장에서 가장 높은 반복성과 정확도를 제공합니다. 프로브 접촉, 표면 변화, 각도, 흡수 또는 반사율로 인해 다른 기술이 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지 못하는 경우, 나노베아 프로파일로미터가 성공합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서 NANOVEA ST400은 서로 다르지만 밀접하게 가공된 두 가죽 샘플의 표면 마감을 측정하고 비교하는 데 사용됩니다. 표면 프로파일에서 여러 표면 파라미터가 자동으로 계산됩니다.

여기서는 비교 평가를 위해 표면 거칠기, 딤플 깊이, 딤플 피치 및 딤플 직경에 초점을 맞출 것입니다.

나노비아

ST400

결과: 샘플 1

ISO 25178

높이 매개변수

기타 3D 매개변수

결과: 샘플 2

ISO 25178

높이 매개변수

기타 3D 매개변수

깊이 비교

각 샘플의 깊이 분포입니다.
다음에서 많은 수의 깊은 보조개가 관찰되었습니다. 샘플 1.

피치 비교

딤플 사이의 피치 샘플 1 약간 더 작습니다.
보다 샘플 2이지만 둘 다 비슷한 분포를 보입니다.

평균 직경 비교

딤플의 평균 직경 분포가 비슷합니다,
와 함께 샘플 1 평균 직경이 약간 더 작은 것으로 나타났습니다.

결론

이 애플리케이션에서는 나노베아 ST400 3D 프로파일로미터가 가공 가죽의 표면 마감을 정밀하게 특성화할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 이 연구에서는 표면 거칠기, 딤플 깊이, 딤플 피치 및 딤플 직경을 측정할 수 있는 기능을 통해 육안 검사로는 명확하지 않을 수 있는 두 샘플의 마감과 품질 차이를 정량화할 수 있었습니다.

전반적으로 샘플 1과 샘플 2의 3D 스캔 외형에는 눈에 띄는 차이가 없었습니다. 그러나 통계 분석에서는 두 샘플 사이에 분명한 차이가 있습니다. 샘플 1은 샘플 2에 비해 더 작은 직경, 더 큰 깊이, 더 작은 딤플 대 딤플 피치를 가진 더 많은 수의 딤플을 포함하고 있습니다.

추가 연구가 가능하다는 점에 유의하세요. 특정 관심 영역은 통합 AFM 또는 현미경 모듈을 사용하여 추가로 분석할 수 있습니다. 나노베아 3D 프로파일로미터의 속도는 실험실 또는 연구용으로 20mm/s에서 1m/s까지 다양하여 고속 검사의 요구를 충족하며, 맞춤형 크기, 속도, 스캐닝 기능, 클래스 1 클린룸 준수, 인덱싱 컨베이어 또는 인라인 또는 온라인 통합을 위해 구축할 수 있습니다.

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휴대용 3D 프로파일로미터를 사용한 유기 표면 형상

유기적 표면 지형

휴대용 3D 프로파일로미터 사용

작성자

크레이그 레싱

소개

자연은 향상된 표면 구조를 개발하는 데 중요한 영감의 원천이 되었습니다. 자연에서 발견되는 표면 구조를 이해함으로써 도마뱀의 발을 기반으로 한 접착력 연구, 해삼의 질감 변화를 기반으로 한 저항성 연구, 나뭇잎을 기반으로 한 발수성 연구 등이 진행되었습니다. 이러한 표면은 생체 의학부터 의류, 자동차에 이르기까지 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 이러한 표면 혁신이 성공하려면 표면 특성을 모방하고 재현할 수 있는 제작 기술을 개발해야 합니다. 이 과정에서 식별과 제어가 필요합니다.

유기 표면을 위한 휴대용 3D 비접촉식 광학 프로파일러의 중요성

색채광(Chromatic Light) 기술을 활용한 NANOVEA Jr25 Portable 광학 프로파일러 거의 모든 재료를 측정할 수 있는 뛰어난 능력을 가지고 있습니다. 여기에는 자연의 광범위한 표면 특성 내에서 발견되는 독특하고 가파른 각도, 반사 및 흡수 표면이 포함됩니다. 3D 비접촉 측정은 완전한 3D 이미지를 제공하여 표면 특징을 보다 완벽하게 이해할 수 있도록 해줍니다. 3D 기능이 없으면 자연 표면 식별은 2D 정보나 현미경 이미징에만 의존하게 되며, 이는 연구된 표면을 적절하게 모방하기에 충분한 정보를 제공하지 못합니다. 질감, 형태, 치수 등 표면 특성의 전체 범위를 이해하는 것이 성공적인 제작에 매우 중요합니다.

현장에서 실험실 수준의 결과를 쉽게 얻을 수 있는 기능은 새로운 연구 기회의 문을 열어줍니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노비아 Jr25는 잎의 표면을 측정하는 데 사용됩니다. 3D 표면 스캔 후 자동으로 계산할 수 있는 표면 매개변수 목록은 무궁무진합니다.

여기서는 3D 표면을 검토하고
추가 분석할 관심 영역은 다음과 같습니다.
표면 거칠기, 채널 및 지형을 정량화하고 조사합니다.

나노비아

JR25

테스트 조건

고랑 깊이

고랑의 평균 밀도: 16.471cm/cm2
고랑의 평균 깊이: 97.428 μm
최대 깊이: 359.769 μm

결론

이 애플리케이션에서는 나노비아 Jr25 휴대용 3D 비접촉식 광학 프로파일러는 현장에서 잎 표면의 지형과 나노미터 단위의 세부 사항을 모두 정밀하게 특성화할 수 있습니다. 이러한 3D 표면 측정을 통해 관심 영역을 빠르게 식별한 다음 무한한 연구 목록으로 분석할 수 있습니다(치수, 거칠기 마감 텍스처, 모양 형태 지형, 평탄도 휨 평탄도, 부피 면적, 단차 높이 등). 2D 단면을 쉽게 선택하여 세부 사항을 분석할 수 있습니다. 이 정보를 통해 완벽한 표면 측정 리소스 세트를 사용하여 유기 표면을 광범위하게 조사할 수 있습니다. 특정 관심 영역은 테이블 탑 모델에 통합된 AFM 모듈을 사용하여 추가로 분석할 수 있습니다.

나노비아 는 현장 연구를 위한 휴대용 고속 프로파일러와 다양한 실험실 기반 시스템을 제공하며 실험실 서비스도 제공합니다.

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제품

프로파일러

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

진공 시스템

트라이보미터

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

진공 시스템

랩 서비스

비접촉 프로파일 측정 분석

들여쓰기 및 스크래치 테스트

마찰 및 마모 테스트

표면 토폴로지 및 화학 분석

테스트 솔루션

프로파일 측정

러프니스 및 마감

기하학 및 도형

평탄도 및 뒤틀림

볼륨 및 면적

스텝 높이 및 두께

텍스처 및 그레인

기계적 테스트

들여쓰기 | 경도 및 탄성

들여쓰기 | 스트레스 대 변형

들여쓰기 | 크립 및 릴랙스

들여쓰기 | 분실 및 보관

압흔 | 파단 인성

압흔 | 수율 강도 및 피로도

고온

습도

진공

스크래치 | 접착 실패

스크래치 | 응집 실패

스크래치 | 스크래치 경도

스크래치 | 멀티 패스 착용

마찰 | 마찰 계수

저온

액체

마찰 테스트

리니어

회전

링에 차단

링 온 링

스크래치 테스트

브레이크 마찰 테스트

고온

저온

부식

액체

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진공

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