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增材制造:通過掃描電鏡(SEM)改進增材制造加工工藝

 更新時間:2018-08-08 點擊量:3156

在之前的博客中,我們介紹了增材制造(AM)是一種新的制造方法,并介紹了其關(guān)鍵點。 增材制造也被稱為 3D 打印或快速成型,由于其無限的潛力,吸引了眾多人士和行業(yè)的關(guān)注。 在這篇博客中,我們將介紹如何使用掃描電鏡(SEM)來監(jiān)測和改善增材制造質(zhì)量。

 

掃描電鏡(SEM)檢測表面缺陷

 

目前,AM 廠商使用掃描電鏡(SEM)作為產(chǎn)品的表征技術(shù)。 掃描電鏡(SEM)可以提供高分辨率圖像,可以仔細檢查 AM 工藝生產(chǎn)組件的表面質(zhì)量。掃描電鏡(SEM)的使用可以幫助我們揭示產(chǎn)品的表面缺陷,這些缺陷往往影響著產(chǎn)品的機械性和耐久性。

 

對于某些材料,如鈦合金,與傳統(tǒng)的制造工藝相比,利用 AM 制造出具有相同性能的密集部件是非常具有挑戰(zhàn)性的。 而掃描電鏡(SEM)恰好是AM終產(chǎn)品檢測中非常有用的表征技術(shù)。

  

掃描電鏡(SEM)分析增材制造粉末

 

然而,掃描電鏡(SEM)不僅幫助檢測終產(chǎn)品, 也可以對 AM 工藝中使用的原材料進行表征。 增材制造主要是基于粉末的技術(shù),包括燒結(jié)各種各樣的粉末。增材制造的實質(zhì)是通過計算機輔助設(shè)計軟件(如CAD),將某種特定的加工樣式生成一個數(shù)字化的模型文件,然后按照模型圖用各類金屬粉末或塑料、陶瓷和復(fù)合材料等可塑性高的物質(zhì)進行加工的。

 

如果我們把更多的關(guān)注放在正在使用的金屬粉末上,將會看到許多金屬已經(jīng)用于增材制造工藝。 不銹鋼、鈷、鎳、鈦、鋁、鐵和鋁銅基合金已被使用,并且種類一直在增加。

 

AM廠商對金屬粉末的許多特性都非常關(guān)注。尺寸(在 1 到幾百微米的范圍內(nèi))是一個能夠確保顆粒均勻分布的非常重要的性質(zhì),這將影響產(chǎn)品的性能和其潛在應(yīng)用。形狀 (球形顆粒是的)影響顆粒的填充、流動涂覆能力。孔隙度,影響了材料的機械強度。

 

在大多數(shù)情況下,需要仔細檢查粉末的上述特性,并且需要高度均勻的分布。

 

掃描電鏡(SEM)和顆粒表征

 

如上所述,掃描電鏡(SEM)對 AM 工藝制造的產(chǎn)品的表面進行成像和表征。 另外,對于粉末材料的表征,可以使用軟件,例如由飛納電鏡開發(fā)的顆粒統(tǒng)計分析測量系統(tǒng)(ParticleMetric)。  

 

該軟件可以自動檢測掃描電鏡樣品上存在的顆粒,并通過測量幾種重要的物理性質(zhì),如尺寸,形狀,圓度,長徑比等來準確表征它們。這些物理數(shù)值需要檢查和分析大量顆粒,因此這些自動執(zhí)行的表征過程就顯得非常重要,可以有效提高測試者的工作效率。

 

另外,掃描電鏡(SEM)可以通過使用所配備的能量色散X射線光譜儀(EDX)檢測粉末材料的化學(xué)特性。 將掃描電鏡(SEM)的 EDX 探頭應(yīng)用于 AM 工藝中,操作員可以準確檢測和量化樣品中存在的元素。

 

圖1: ParticleMetric 軟件的屏幕截圖。左側(cè)顯示掃描電鏡(SEM)中檢測到的顆粒。右側(cè)顯示檢測結(jié)果,它們的性質(zhì)和生成具有顆粒屬性的圖形。

 

顯而易見,掃描電鏡(SEM)可以*覆蓋用于 AM 工藝的產(chǎn)品和材料的表征要求:使用掃描電鏡(SEM)成像檢查產(chǎn)品表面,用專門的顆粒統(tǒng)計分析系統(tǒng)來測量粉末材料的物理特性,使用 EDX 技術(shù)來檢測和量化它們的組成元素。

 

增材制造和掃描電鏡(SEM)

 

在增材制造中,產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及檢測產(chǎn)品表面缺陷是至關(guān)重要的。 但是,作為增材制造商,希望能夠在不占用太多時間的情況下改善 AM 流程。  

 

Additive Industries 是世界上家用于工業(yè)金屬增材制造系統(tǒng)的設(shè)備制造商。他們設(shè)法解決這個障礙,并利用飛納臺式掃描電鏡來提高質(zhì)量控制。

 

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