增材制造應(yīng)用中的計(jì)算機(jī)斷層掃描
工業(yè)CT技術(shù)簡介：增材制造的3D檢測與計(jì)量
計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography, CT）為增材制造（Additive Manufacturing, AM）中復(fù)雜零件的檢測與測量提供了核心工具。通過將最終產(chǎn)品與原始三維設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，CT技術(shù)能夠確保所有關(guān)鍵內(nèi)部尺寸均被精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)。在性能與安全要求不可妥協(xié)的行業(yè)中，該技術(shù)尤為重要。
增材制造的意義
增材制造標(biāo)志著工程領(lǐng)域的一次變革性轉(zhuǎn)變，其重要性堪比鑄造工藝與機(jī)床的誕生。它徹底革新了零件設(shè)計(jì)、快速樣品制作及復(fù)雜部件的生產(chǎn)方式。這些發(fā)展在過去是無法通過單一零件實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在需要精確的質(zhì)量控制。在這里，工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)的三維檢測和計(jì)量變得不可或缺。
工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)解析
工業(yè)CT通過采集大量二維X射線圖像，經(jīng)重建生成三維體積數(shù)據(jù)。待檢物體被置于精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，在密閉艙內(nèi)接受高能輻射照射。物體旋轉(zhuǎn)過程中，輻射被吸收并形成二維投影，由探測器捕獲后，通過數(shù)學(xué)算法重建為精細(xì)的三維模型。
扇形束與錐束CT技術(shù)對(duì)比
工業(yè)CT主要采用扇形束與錐束兩種技術(shù)，二者原理相同，但輻射方向與數(shù)據(jù)采集方式存在差異：
工業(yè)CT主要采用兩種技術(shù)：風(fēng)束CT和錐束CT。兩者基于相同的基本原理，但在輻射方向和數(shù)據(jù)檢測方法上有所不同。
風(fēng)束CT通過旋轉(zhuǎn)和線性移動(dòng)X射線束，將工件切割成薄片。一個(gè)準(zhǔn)直的線型探測器捕捉這些切片，然后將其重建為三維體積。雖然這種方法對(duì)高密度金屬零件有效，但由于散射輻射偽影，它的速度較慢。
相比之下，錐束CT使用一個(gè)平面探測器，在一次旋轉(zhuǎn)中捕獲整個(gè)工件。雖然這種技術(shù)更快，但它對(duì)散射輻射的敏感性更高，因此生成的圖像精度較風(fēng)束CT差。
增材制造計(jì)量的挑戰(zhàn)
增材制造通過分層堆積材料創(chuàng)建三維部件，與減材制造不同，各種增材制造技術(shù)包括燒結(jié)、激光或電子束熔化金屬粉末，以及立體光刻。
計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）可以應(yīng)用于這些技術(shù)的各個(gè)階段，從原材料質(zhì)量控制到最終部件計(jì)量。例如，高分辨率納米聚焦CT能夠通過分析顆粒大小、形狀和孔隙度來確保粉末的一致性，這些檢測數(shù)據(jù)會(huì)影響最終成品的密度以及發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷。
確保工藝精度
CT掃描在檢測增材制造（AM）的缺陷檢測過程中也至關(guān)重要。粉末質(zhì)量或?qū)盈B過程中的瑕疵可能會(huì)導(dǎo)致空洞或雜質(zhì)。這些缺陷在初始階段可能符合公差，但在熱處理后可能會(huì)引起顯著的變形。CT技術(shù)可以識(shí)別這些缺陷的大小、位置和分布，從而幫助優(yōu)化工藝。
最終零件檢測的精度
對(duì)成品進(jìn)行CT檢測可以驗(yàn)證制造的產(chǎn)品是否與初始的3D設(shè)計(jì)相符。這包括對(duì)內(nèi)部特征、壁厚以及其他使用傳統(tǒng)方法難以測量的方面進(jìn)行尺寸分析。先進(jìn)的CT掃描儀可以實(shí)現(xiàn)幾微米以內(nèi)的測量精度，從而確保精準(zhǔn)的質(zhì)量控制。
增材制造CT技術(shù)的增強(qiáng)方向
制造業(yè)持續(xù)追求提速不減質(zhì)的生產(chǎn)模式，CT技術(shù)的提升使其成為可能，支持設(shè)計(jì)優(yōu)化、產(chǎn)能提升與組件驗(yàn)證。
CT硬件與軟件的創(chuàng)新
近年來，CT系統(tǒng)取得了顯著的進(jìn)步，包括高分辨率納米聚焦掃描和散射修正技術(shù)。例如，散射修正技術(shù)能夠減少錐形束CT中由散射輻射引起的偽影，從而提升圖像質(zhì)量，達(dá)到與扇形束CT相媲美的效果，同時(shí)顯著縮短掃描時(shí)間。
此外，新的探測器提供了高分辨率的圖像，能夠檢測到微小的缺陷。先進(jìn)的軟件現(xiàn)在將系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、體積重建和準(zhǔn)確的表面數(shù)據(jù)生成等所有必要功能整合在一起。更高的X射線功率集中在更小的區(qū)域上，使得分辨率得以提升或掃描速度加快。
增材制造與CT技術(shù)的未來
盡管增材制造仍在不斷發(fā)展，但它已經(jīng)從快速樣品制造轉(zhuǎn)向生產(chǎn)，特別是在航空航天領(lǐng)域。它在創(chuàng)造具有無與倫比的內(nèi)部復(fù)雜性的部件方面的潛力，現(xiàn)已在各行各業(yè)得到了實(shí)現(xiàn)。隨著增材制造技術(shù)的進(jìn)步，CT技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前CT技術(shù)已推出產(chǎn)線用在線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化全檢。
結(jié)論
隨著增材制造技術(shù)在航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展，工業(yè)CT的作用將愈發(fā)關(guān)鍵。CT技術(shù)將繼續(xù)應(yīng)對(duì)不斷變化的檢驗(yàn)和質(zhì)量控制挑戰(zhàn)，確保未來產(chǎn)品的完整性和性能。
