檢測(cè)對(duì)于傳統(tǒng)制造行業(yè)來說更多的是質(zhì)量檢驗(yàn)的作用，而檢測(cè)對(duì)于增材制造行業(yè)其實(shí)是非常核心的，不僅是檢測(cè)的價(jià)值還有大數(shù)據(jù)的價(jià)值，這對(duì)于產(chǎn)品從質(zhì)量管理（輸入端的原材料，加工過程，加工結(jié)果，后處理的最終產(chǎn)品）到對(duì)工藝的理解和提升（通過數(shù)據(jù)相關(guān)性的分析，人工智能對(duì)檢測(cè)以及其他數(shù)據(jù)的處理），再到后期的認(rèn)證（怎么通過航空，汽車等領(lǐng)域的各種認(rèn)證），檢測(cè)其實(shí)是增材制造的生命線。

microCT-微型計(jì)算機(jī)斷層掃描

     正如工程師長(zhǎng)期使用標(biāo)準(zhǔn)X射線檢查傳統(tǒng)制造零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，國(guó)際上開發(fā)人員和質(zhì)量保證人員現(xiàn)在開始將microCT-微型計(jì)算機(jī)斷層掃描的更深層功能應(yīng)用于增材制造（AM）生產(chǎn)的零件。

     微型計(jì)算機(jī)斷層掃描是一種三維 X 射線成像，通過使用與醫(yī)院 CT 掃描相同的方法，但刻度很小，分辨率卻大幅提升。微型計(jì)算機(jī)斷層掃描是真正的三維顯微術(shù)，利用此技術(shù)，物體十分精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也能進(jìn)行精確的成像。

拿17-4不銹鋼材質(zhì)、直徑5厘米的葉輪來說，microCT掃描中識(shí)別的內(nèi)部和外部表面在下圖右側(cè)呈現(xiàn)。3.5小時(shí)內(nèi)掃描完成，體素大小43μm。如果要使用內(nèi)部微CT掃描分析表面粗糙度的區(qū)域，則要額外花費(fèi)1.5小時(shí)完成，體素大小15μm。

圖片來源：Expanse Microtechnologies

     金屬增材制造的許多好處之一是能夠產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。不僅僅零件在外觀上符合尺寸規(guī)格，由于激光3D打印技術(shù)是一種逐點(diǎn)離散熔覆沉積的成型方法，其每點(diǎn)的所受激光加熱面積較小，熔池的熱量可以迅速向基體擴(kuò)散，使得激光熔池的冷卻速率遠(yuǎn)大于非晶合金的臨界冷卻速率，使得熔池在冷凝的過程中可以避免發(fā)生晶化，進(jìn)而獲得非晶態(tài)，這為無尺寸限制地制備非晶合金提供可能。另外，激光3D打印是以金屬粉末為原材料，通過高能激光束對(duì)金屬粉末逐層熔化堆積，直接由數(shù)字模型一步完成全致密、高性能、復(fù)雜金屬零件的“近終成形”制造，這為制備復(fù)雜的非晶合金構(gòu)提供理想的手段。

大工作距離下的高分辨率（RaaD）”成像

    國(guó)際上正在通過MicroCT來進(jìn)行粉末到零件的無損檢測(cè)。雖然原型和樣品部件可以通過物理切片（破壞檢測(cè)）和成像的方法來檢查內(nèi)部細(xì)節(jié)，但破壞性檢查不僅僅產(chǎn)生了零件的破壞浪費(fèi)，另外由于所檢測(cè)的數(shù)據(jù)是片段性的，并不能用來與加工參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，反而失去了大數(shù)據(jù)的價(jià)值。

圖片：蔡司的Xradia 520 Versa內(nèi)部構(gòu)件

      蔡司的Xradia 520 Versa X射線實(shí)現(xiàn)的無損3D成像，其高分辨率和襯度成像技術(shù)拓展了無損成像的應(yīng)用局限。傳統(tǒng)X射線斷層掃描技術(shù)依賴單一的幾何放大，而Xradia 520 Versa的高分辨率成像特殊，它是采用光學(xué)器件通過兩級(jí)放大而實(shí)現(xiàn)的。兩級(jí)放大的好處是可實(shí)現(xiàn)“大工作距離下的高分辨率（RaaD）”成像，使用RaaD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更大、更靈活的工作距離下保持亞微米級(jí)分辨率。通過運(yùn)用先進(jìn)的成像襯度能力（如專利的增強(qiáng)的吸收襯度技術(shù)和可調(diào)節(jié)的傳播相位襯度技術(shù)）得到挑戰(zhàn)性樣品的圖像。采用增強(qiáng)吸收襯度探測(cè)器能夠更大程度地收集產(chǎn)生襯度差異的低能量X射線光子，恰恰成像襯度對(duì)于不同材料類型成像是至關(guān)重要。此外，3D科學(xué)谷了解到，Xradia 520 Versa可以對(duì)材料的3D微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損表征?？蓪?duì)原位實(shí)驗(yàn)的微觀結(jié)構(gòu)和隨時(shí)間演化（4D）的特征進(jìn)行獨(dú)特的表征。

      MicroCT設(shè)備可以檢測(cè)從鋁和鈦等不同合金（如不銹鋼和鉻鎳鐵合金）的金屬，主要取決于光源發(fā)出的X射線能量。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，拿蔡司的蔡司Xradia Versa系統(tǒng)來說，針對(duì)3D打印，蔡司開發(fā)了關(guān)于增材制造的關(guān)聯(lián)顯微鏡技術(shù)解決方案，可以

-深入了解缺陷的產(chǎn)生; 如雜質(zhì)，殘留物，不正確的幾何形狀

-了解 CAD圖紙中的材料屬性，粉末質(zhì)量，激光參數(shù)和布局等屬性的影響

-使用高襯度，高分辨率成像以區(qū)分材料中不同的相

-在微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)非破壞性地確認(rèn)三維亞表面特征

視頻顯示了金屬增材制造原料粉末的MicroCT掃描。在2μm體素大小下掃描持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)。通常，在單次掃描中成像數(shù)萬個(gè)顆粒，并且可以確定外來顆粒污染以及顆粒尺寸，形狀和孔隙率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

從原料檢測(cè)到打印結(jié)果檢測(cè)的大數(shù)據(jù)作用

microCT的適用范圍涵蓋整個(gè)增材制造工藝的很大一部分，包括原料粉末的表征，構(gòu)建工藝參數(shù)的優(yōu)化以及3D打印或后處理部件的檢查。在原材料檢測(cè)方面，microCT圖像數(shù)據(jù)可用于檢測(cè)外來顆粒污染物，測(cè)量顆粒大小和形狀分布，并檢測(cè)顆粒內(nèi)部的孔隙度。用于增材制造的金屬原料粉末可以使用microCT掃描并且在粒度，形狀和孔隙率方面進(jìn)行表征。

     打印結(jié)果是CT檢測(cè)的另外一環(huán)，拿蔡司關(guān)聯(lián)顯微鏡技術(shù)來說，已被證實(shí)可成功識(shí)別3D打印部件中的雜質(zhì)，并通過應(yīng)用多個(gè)工作流程來了解其產(chǎn)生原因。蔡司Xradia Versa被用來進(jìn)行大范圍掃描，然后將可疑的亮點(diǎn)位置轉(zhuǎn)移到蔡司 Crossbeam中，并用蔡司Atlas 5重新定位，最后利用EDX進(jìn)行分析。這種方法可以識(shí)別雜質(zhì)的來源，這些雜質(zhì)往往來自于之前的3D打印作業(yè)，由于使用了不同的粉末材料而未能徹底清潔粉末容器而引入的。

   有了這些數(shù)據(jù)后，就可以構(gòu)建加工過程參數(shù)優(yōu)化，可以通過系統(tǒng)研究不同參數(shù)設(shè)置對(duì)所需結(jié)果（孔隙率，表面光潔度等）的影響來完成，所述結(jié)果通過microCT在精心設(shè)計(jì)的測(cè)試試樣上測(cè)量。對(duì)于3D打印或后處理加工的零件，可以進(jìn)行各種測(cè)量，包括表面和尺寸測(cè)量或內(nèi)部空隙的尺寸，形狀和空間分布測(cè)量。

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)通過檢測(cè)數(shù)據(jù)提高對(duì)工藝的控制，還有很長(zhǎng)的路要走。在3D科學(xué)谷看來，這其中不僅僅包括基于大數(shù)據(jù)的算法能力的挑戰(zhàn)，還包括對(duì)檢測(cè)技術(shù)精確度和速度的挑戰(zhàn)。