Neue Biaxialprüfmaschine für die Biomechanik

Bei elastischen Geweben wird eine bi-axiale Prüfung durchgeführt, um die anisotropen Eigenschaften des Gewebes zu charakterisieren. Zwick stellt auf der MedTec eine neuentwickelte Biaxialprüfmaschine vor, die speziell für die mechanische Prüfung von natürlichen und künstlichen elastischen Geweben entwickelt wurde. Ebenso können planare, mechanische Prüfungen sowie uniaxiale, äquibiaxiale, ungleichförmige Belastungen mit höchster Genauigkeit ermittelt werden.

Bei uniaxialen Tests besteht die Gefahr, dass sich während des Tests die mechanischen Eigenschaften durch das mögliche Ausrichten von Fasern entlang der Messachse ändern. Deshalb muss die Einspannung so gestaltet sein, dass das Gewebe während des Tests ohne Beschädigung sicher gehalten werden kann. Seitliche Bewegungen sollten uneingeschränkt möglich sein, um eine homogene Probendeformation bei biaxialer Beanspruchung zu gewährleisten. Die Dehnungsmesseinrichtung darf die Probe keinesfalls beschädigen und muss die Dehnung in alle Beanspruchungsrichtung erfassen können.

Diese Prüfanforderungen wurden bei der neuen Materialprüfmaschine von Zwick clever gelöst: Das System verfügt über vier hochauflösende Linearantriebe (Verfahrweg: 50 mm), die völlig unabhängig voneinander Positions- Kraft- oder Dehnungsgeregelt werden können. Die Kraftmessung erfolgt über vier Kraftaufnehmer (jeweils zwei Aufnehmer in X- und Y-Richtung) mit maximaler Prüfkraft von 100 N. Die Steuerung übernimmt die Mess- Steuer- und Regelelektronik testControl.

Die Dehnungsregelung bzw. Mittenpositionsregelung erfolgt über den Extensometer laserXtens, der keine Messmarken benötigt. Er nutzt die wie ein Fingerabdruck einzigartige Struktur der Probenoberfläche zur Generierung virtueller Messmarken. Auf diese Messstellen gerichtete Laserstrahlen werden entsprechend der Oberflächenstruktur in unterschiedliche Richtungen reflektiert und bilden so für die beobachtende Videokamera ein spezifisches Muster von Fleckchen (engl. Speckle). Durch laufende Messung und Auswertung werden ausgewählte Messpunkte verfolgt. Dabei wird die Änderung der Oberflächenstruktur – und damit des Speckle-Musters – während der Probenverformung berücksichtigt. Der berührungslos messende Aufnehmer zeigt seine Stärken, wenn die Probe kritisch auf Messschneiden reagiert, die beim Probenbruch berührend messende Aufnehmer zu Beschädigung führen und bei nicht markierbaren Proben. Mit einer Auflösung von minimal 0,15 µm ist der laserXtens die richtige Wahl, wenn sehr hohe Genauigkeiten bei kleinen Dehnungen verlangt werden.

Die Probe kann mit Hilfe der mitgelieferten Montagevorrichtung außerhalb der Prüfvorrichtung montiert und fertig assembliert in das Messsystem eingebracht werden. Dies vereinfacht die Probenvorbereitung und reduziert Standzeiten.

Ein integriertes Mediumbad mit Höhenverstellung komplettiert den Aufbau. Optional ist eine Mediumbadheizung erhältlich. Damit können beispielsweise Prüfungen an humanen und tierischen Proben unter körperähnlichen Bedingungen durchgeführt werden.

Die in Forschung und Industrie bewährte Prüfsoftware testXpert^® II ermöglicht ein zuverlässiges und flexibles Prüfen nach internationalen Normen oder firmeneigenen Prüfvorschriften. Die Softwareoption „Erweiterte Nachvollziehbarkeit“ bietet die komplette digitale Protokollierung der für eine Prüfung relevanten Aktionen und Änderungen (Einhaltung der Anforderungen nach FDA 21 CFR Part 11). Auch der bidirektionale Austausch von Daten mit SAP ist möglich.