Filtermedien für Gesichtsschutzmasken

Design, Modellierung, Simulation und Optimierung mit GeoDict 2022

Als Antwort auf die weltweite Nachfrage nach sicherer persönlicher Schutzausrüstung und die Notwendigkeit einer schnelleren Entwicklung und Optimierung von Gesichtsmasken, zeigen wir hier, wie unsere GeoDict Software eingesetzt wird, um Filtermedien zu entwerfen, modellieren, simulieren, analysieren und optimieren, um die Filtereigenschaften von Gesichtsmasken zu verbessern.

Die Filtrationseigenschaften eines Filters hängen hauptsächlich von seinen Filtermedien ab. Diese makroskopischen Eigenschaften des Filters können verändert und verbessert werden, indem die Nano- und/oder Mikrostruktur des Filtermediums analysiert, verstanden und dann optimiert wird. Neben der Strömungssimulation auf der Mikroebene ist Geodict in der Lage, die Strömung durch Nanofasermedien unter korrekter Berücksichtigung der Gleitlänge präzise zu simulieren.

Was ist das Ergebnis der Simulationen?

Das Endergebnis ist die Identifizierung der besten digitalen Designs von Filtermedien mit der höchsten Filtrationseffizienz und dem niedrigsten Druckabfall sowie dem wirtschaftlichsten Design durch Materialeinsparung.

Was bedeutet das für Sie?

Dieser einzigartige digitale Workflow mit GeoDict stellt eine effiziente, nachhaltige und hochmoderne Methodik für digitales F&E-Materialdesign für poröse Medien dar, hier explizit für ein Filtermedium als Beispiel dargestellt.

Autoren und Anwendungsspezialisten

Dr.-Ing. Mehdi Azimian

Senior Business Manager
for Filtration

Dr. Philipp Eichheimer

Application Engineer &
Business Manager for Filtration

Vorgehensweise bei der Studie

1. Bildbearbeitung der CT Scans

In dieser Fallstudie wurde ein 2-lagiges Filtermedium einer bekannten chirurgischen Gesichtsmaske mittels Nano-CT mit einer Auflösung von 400 nm gescannt. Das Modul ImportGeo-Vol von GeoDict wurde dann zum Importieren, Verarbeiten und Segmentieren der gescannten Bilder verwendet.

2. Bildanalyse der Graustufenbilder

Im nächsten Schritt wurden die Graustufenbilder mit dem Modul FiberFind analysiert, um relevante Informationen über die Fasern zu erhalten. Mit diesen Informationen konnte die Probe im Hinblick auf ihre geometrischen Merkmale wie Faserdurchmesser, Faserorientierung und Krümmung bewertet werden.

3. Simulation und Validierung

Anschließend wurde die Lebensdauer des Filtermediums mit dem Modul FilterDict simuliert. Die Simulationsergebnisse wurden mit den Laborexperimenten von Berger et al. von der Fachhochschule Heilbronn verglichen und validiert.

4. Optimierung des Filtermediums

Bei der Optimierung des Filtermediums haben wir uns auf die Verbesserung der Feinschicht des Filtermediums konzentriert. Der Grund dafür ist, dass die Hauptfiltrationsaufgabe und der größte Teil des Druckverlustes in dieser speziellen Schicht stattfindet. In diesem Schritt wurde eine große Anzahl digitaler 3D-Prototypen modelliert und anschließend mit GeoDict simuliert.

Eine solch umfangreiche Parameterstudie während dieser Optimierung ist durch die Automatisierungsmöglichkeiten der GeoDict-Software mit Python-Skripten (GeoPy) möglich und sinnvoll.

Wenn Sie externe Inhalte von www.youtube.com aktivieren, werden Daten automatisiert an diesen Anbieter übertragen.
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Das Fazit aus der Fallstudie

Diese zuverlässigen quantitativen Simulationen sind der Weg zu einem zeit- und kostensparenden Ansatz für die Entwicklung neuer Filtermaterialien und Filter mit überlegener Lebensdauer und Leistung. Die Entwicklungsphasen können dank verkürzter Entwicklungszeiten erheblich beschleunigt werden. Die Innovationen können viel einfacher entwickelt werden, indem man digital einzigartige Einblicke und reichhaltige Informationen über Materialprototypen und ihre Eigenschaften erhält, noch bevor sie hergestellt werden.

GeoDict wird von unseren Kunden systematisch für die Entwicklung und Verbesserung ihrer Produkte eingesetzt. Sie profitieren von einer erheblichen Verringerung der Entwicklungszeit und -kosten, um verbesserte Materialien für Filtrationsanwendungen zu erhalten.

Simulieren mit GeoDict spart nicht nur Zeit und Geld, sondern ermöglicht schon heute die Entwicklung der Innovationen von morgen auf nachhaltige und effiziente Weise.

Service

Simulationen in der Filtration

Ein Überblick zu GeoDict Lösungen für vielfältige Filteranwendungen.

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Danksagung

Wir danken unseren Partnern an der Hochschule Heilbronn, Prof. Niessner und ihrem Team, für die hervorragende Zusammenarbeit und die Bereitstellung der experimentellen Daten.