計算機X射線斷層成像掃描促進3D列印增材製造發展

對於原型設計與製造公司來說，快速完成交貨與質量達到要求是兩大挑戰。而要滿足質量要求，檢測技術是必不可少的，傳統的檢測方法需要用夾具夾持工件，以創建特定的測量基準面，並用坐標測量機的觸髮式測頭及時完成整個檢測過程，或使用視覺測量系統測繪工件的外表面。很多情況下，在缺乏先進檢測技術的幫助下，一些工件內部檢查方法需要用二維X射線掃描，或採用破壞性的檢測方式。

工業用計算機X射線斷層成像（CT）掃描是一種新興檢測技術，它為大幅降低產品試製檢測成本，以及在三維無損檢測中快速而準確地分析工件內部缺陷提供了可能。

檢測，無需破壞

工業用計算機X射線斷層成像（CT）掃描允許測量內部結構和缺陷。採用這種技術使用戶能夠以以前只能通過破壞性方法完成的方式可視化內部結構。

拿國際工具與設備公司（TEI）來說，該公司的設計團隊開發了全電動摩托車Lightning LS-218，旋轉臂是由3D軟體設計公司Autodesk創建的，然後用了三個星期的時間進行鑄造、清潔、熱處理、精加工和檢查摩托車擺臂。

為確保零件滿足機械扭轉的需求，TEI採用了工業用計算機X射線斷層成像（CT）掃描來測量內部結構和缺陷。作為自20世紀70年代以來醫學領域的領先技術，CT掃描正在工業領域成為重要的檢測工具。

工業CT掃描的基本形式與醫學CAT掃描類似，只是現在這種CT技術正被用於掃描各種工業零部件，而不是人體。醫學CAT掃描主要用於可視化目的，而工業CT掃描不僅實現可視化，而且還可進行測量。工業CT掃描是將二維X射線圖像交織形成工件內部和外部三維影像的過程。*

由於採用X射線掃描，因此可在無需夾持的自由狀態下對脆弱易損的零部件進行檢測。由於無需對工件施加測量力和進行夾持，因此可確保工件被檢測時處於其自然位置。掃描完成後，對數據進行重構，然後用CT CAD軟體進行數據處理，實現零件與CAD模型對比、幾何尺寸與公差（GD＆T）分析、零件與零件對比、組件/缺陷分析、孔隙分析和壁厚分析，並生成逆向工程所需要的CAD數據。利用這種CAD軟體，剛入門的用戶也能輕鬆地獲取斷層掃描數據，以及開啟/關閉內部組件密度掃描、按密度值進行顏色編碼以及測量等功能。*

CT掃描已成為許多研究，工業和安全關鍵應用的重要工具，幫助製造商「看到」產品內部，尤其是那些具有測量隱藏或難以到達的特徵部位。」

當為一輛能達到218英里/小時的摩托車製造零件時，絕對必須完美鑄造沒有缺陷的鑄件。由於摩托車擺臂的複雜性，TEI需要確保在原型生產後結構完整性。這時候通過使用白光掃描進行鑄造尺寸測量，並通過接觸探針檢查加工區域。由於安全性非常重要，CT掃描為TEI提供了非常優質的斷層掃描，將掃描結果放在一起並輸出到Volume Graphics軟體中，設計師能夠進行各種分析，CT圖像證實了摩托車擺臂鑄件的質量良好，沒有孔隙或夾雜物。

3D科學谷Review

近幾年來，工業用計算機X射線斷層成像（CT）掃描也達到了微米的等級，根據上海材料所凌松，無損檢測的方法不僅僅局限於材料內部缺陷的檢測與表徵，還可實現材料的密度、彈性參數、孔隙率、殘餘應力分布以及其內部各種非連續性等方面的無損測試與表徵；整個過程可實現快速、無損、原位的結果。

根據3D科學谷的市場研究，對於金屬增材製造的複雜性可以區分為五個層面：1 簡單的零件、2 優化的零件、3 帶有嵌入式設計的零件、4 為增材製造設計的零件、5 複雜的胞元結構零件。

通過實現對複雜零件的檢測，當前的增材製造行業有望將過程中加工參數與模型結構以及零件機械性能建立有效的相關性分析，隨著材料特徵資料庫的建立，以及對加工過程中幾何形狀特徵與重要的工藝變數之間關係的理解，3D科學谷認為我們將有望建立增材製造領域的知識專家系統，從而將金屬增材製造推向另一個高度。

* 部分參考自《工具技術》

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