蔡司助力提高增材制造質(zhì)量之顯微鏡解決方案

增材制造與每一項(xiàng)新興技術(shù)一樣，整個(gè)過程的質(zhì)量控制是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。包括原材料特性以及成品的質(zhì)量控制和其間的流程控制都是為了確保制造過程質(zhì)量所必不可少的。蔡司顯微鏡在粉末和材料表征、印后熱處理和部件去除、缺陷和內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢查、印后材料質(zhì)量檢驗(yàn)、尺寸和表面檢驗(yàn)等方面都創(chuàng)建了全方面的解決方案。其中光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡可以提供材料表面的微米及納米級(jí)別的特征視圖，為增材制造的質(zhì)量檢驗(yàn)、失效分析及材料研究方面提供準(zhǔn)確的信息，高分辨率 X射線顯微鏡可以對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供微納米級(jí)別的信息，可以解決增材制造非常復(fù)雜的內(nèi)表面在質(zhì)檢和研發(fā)過程中遇到的所有挑戰(zhàn)。

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù)，是一種"自下而上"的制造方法。近二十年來，AM技術(shù)取得了快速的發(fā)展，"快速原型制造(Rapid Prototyping)"、"三維打印(3D Printing )"、"實(shí)體自由制造(Solid Free-form Fabrication) "之類各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了這一技術(shù)的特點(diǎn)。西方媒體把這種實(shí)體自由成形制造技術(shù)譽(yù)為將帶來"第三次工業(yè)革命"的新技術(shù)。

1粉末材料的表征
各種粉末材料作為增材制造的原材料，對(duì)其質(zhì)量的把關(guān)是增材制造質(zhì)量控制的第一步。粉末顆粒的尺寸大小、尺寸分布、形狀、表面形貌、內(nèi)部致密性等，不僅影響打印后產(chǎn)品的性能而且還會(huì)影響整個(gè)工藝過程。

√利用蔡司光學(xué)顯微鏡能夠快速得到粉末顆粒尺寸分布信息

√利用蔡司掃描電子顯微鏡能夠獲取極小至納米尺度的顆粒尺寸信息，顆粒表面形貌信息，以及顆粒的成份信息

√利用蔡司 X射線顯微鏡能夠?qū)︻w粒形狀、尺寸和體積分布進(jìn)行詳細(xì)分析。分析粉末床壓實(shí)度與形狀的關(guān)系有助于確定合適的工藝參數(shù)，縮短最佳打印配方的開發(fā)。

2印后產(chǎn)品缺陷與內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察
粉末的質(zhì)量以及在構(gòu)建過程中的分散方式可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中形成空隙或材料雜質(zhì)。使用蔡司光學(xué)顯微鏡檢查產(chǎn)品構(gòu)建質(zhì)量或使用高分辨率 X 射線顯微鏡檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)有助于確定工藝參數(shù)的影響，并更快地定義實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)。

√通過光學(xué)顯微鏡的使用，對(duì)產(chǎn)品表面特征的特寫提供了對(duì)零件質(zhì)量和工藝參數(shù)可能存在 的缺陷，從而更好地了解微裂紋和分層的起源。

√增材制造為前所未有的設(shè)計(jì)自由打開了大門，允許復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。高分辨率 X 射線顯 微鏡能夠?qū)�這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)特的觀察，并分析潛在的內(nèi)部缺陷。

√ X射線顯微鏡檢測(cè)可以提供構(gòu)建完整性的獨(dú)特視圖，并顯著幫助優(yōu)化 3D 打印過程。零件的掃描圖像可以在任何方向上進(jìn)行橫切，并與 CAD 標(biāo)準(zhǔn)圖表進(jìn)行比較。

3印后產(chǎn)品材料質(zhì)量檢測(cè)
與傳統(tǒng)的制造方法不同，增材制造工藝要求粉末在制造過程中熔化。因此熔融溫度等工藝參數(shù)極大地影響晶體結(jié)構(gòu)以及零件性能。

√利用光學(xué)顯微鏡表征使用短的局部激光束熔融顆粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)

△AlSi10Mg 沿建造方向橫截面

√利用電子背散射衍射（EBSD）的掃描電鏡，可以對(duì)晶體或多晶材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的晶體 學(xué)表征和研究。

△EBSD 晶體取向圖，單個(gè)晶粒著色，看不見激光加工痕跡

√用于傳統(tǒng)生產(chǎn)和增材制造的原材料，相同的材料可以具有完全不同的晶體結(jié)構(gòu)。這種差異將極大地影響成品零件的機(jī)械性能。

△傳統(tǒng)生產(chǎn)與增材制造 AlSi10Mg 結(jié)構(gòu)的比較

4印后產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)
表面粗糙度對(duì)零件的機(jī)械和視覺質(zhì)量至關(guān)重要。增材制造的零件可能非常復(fù)雜，隱藏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法接近。使用高相關(guān)光學(xué)輪廓儀和高分辨率 X 射線顯微鏡，無論在零件內(nèi)部或外部位置進(jìn)行詳細(xì)的表面分析。

√利用光學(xué)共聚焦顯微鏡能夠快速獲取零件表面符合 ISO 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的微觀粗糙度，利用 X 射線顯微鏡能夠獲取零件內(nèi)表面符合 ISO 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的微觀粗糙度

△光學(xué)顯微鏡與 X 射線顯微鏡粗糙度測(cè)試結(jié)果比較

來源：蔡司工業(yè)測(cè)量