La tomografia computerizzata a raggi X (microCT) cosa può fare per la stampa 3d

Cosa può fare la scansione microCT per la produzione additiva

La tomografia computerizzata a raggi X (microCT) è diventata ampiamente utilizzata come metodo per analizzare e testare parti prodotte in modo additivo, in particolare per la misurazione dimensionale e l’analisi della porosità. In un documento intitolato “Tomografia microscopica a raggi X nella produzione additiva: una rassegna della tecnologia e delle applicazioni attuali “, un gruppo di ricercatori esamina i vari modi in cui il microCT è stato utilizzato nella produzione additiva, i benefici e i limiti di ogni .

“Il microscopio a raggi X lavora sul principio di irradiare un campione con un raggio di raggi X, misurando la successiva immagine a raggi X di assorbimento e acquisendo ripetutamente tali immagini mentre il campione ruota”, spiegano i ricercatori. “Le immagini di assorbimento dei raggi X (cosiddetta proiezione) rappresentano viste del campione da molti angoli, fornendo dettagli interni dovuti alla penetrazione dei raggi X. Le immagini acquisite vengono quindi utilizzate in un processo di ricostruzione matematica per generare un set di dati volumetrico. Questo volume comprende voxel (pixel volumetrici) con la luminosità di ciascun pixel correlata alla densità dei raggi X del materiale che rappresenta (la densità dei raggi X dipende dalla densità fisica e dalla massa atomica). ”
Un’applicazione discussa è la porosità e l’analisi dei difetti. La porosità si riferisce ai vuoti in una parte stampata in 3D, causata da una varietà di fattori. MicroCT può essere utilizzato per rilevare la porosità in parti stampate in 3D più piccole, ma può perdere i piccoli pori in parti più grandi. Un’altra applicazione è la misurazione della densità volumetrica. Le parti prodotte in modo additivo sono ancora regolarmente sottoposte al test di Archimede per misurare la loro densità volumetrica, ma i loro sono diversi problemi con questo metodo, secondo i ricercatori:

Le bolle d’aria possono attaccarsi alla superficie soprattutto a causa della superficie ruvida e irregolare, con conseguente maggiore volume di misurazione e quindi minore densità misurata.
I canali o le imperfezioni collegate alla superficie possono essere riempiti d’acqua, con conseguente riduzione del volume e quindi una maggiore densità misurata.
Le inclusioni possono potenzialmente aumentare la massa misurata e quindi la densità misurata.
Principali difetti come i difetti dello strato, il buco della serratura oi pori del gas hanno un volume molto piccolo (per esempio <0,01%) e quindi non fanno molta differenza per la densità misurata, ma possono essere ancora molto importanti se sono raggruppati o stratificati o se non sono casuali distribuzione.
Si assume una densità del materiale, che può essere errata per le leghe con composizioni variabili.

La misurazione CT può superare i problemi con bolle e porosità o canali; la precisione della misurazione è limitata solo dalla risoluzione di scansione.

La misurazione dimensionale è un’altra applicazione; infatti, microCT è l’unico metodo in grado di misurare le dimensioni di parti complesse con superfici e reticoli interni. MicroCT può anche monitorare i cambiamenti nelle parti, in particolare dopo la deformazione. Un’altra applicazione è la misurazione della rugosità superficiale o della topografia; gli strumenti tradizionali possono misurare solo le superfici esterne delle parti mentre il microCT può misurare superfici complesse o interne.

I ricercatori indicano anche le simulazioni come un’applicazione che non è stata ancora ampiamente esplorata per la produzione di additivi e microCT.

“A differenza delle simulazioni basate sulla geometria di progetto delle parti, le parti reali, inclusi difetti, imperfezioni superficiali e errori di costruzione, possono essere simulate, fornendo una previsione teoricamente più accurata delle proprietà della parte”, affermano. “Questo può essere utile per due ragioni: in primo luogo, è possibile valutare l’effetto reale di un difetto sulle proprietà meccaniche risultanti, aiutando a prendere decisioni pass / fail sull’uso di una parte; e in secondo luogo, l’effetto dei difetti può essere studiato e correlato con vari test meccanici sulle stesse parti. ”
La TC multiscala e la scansione veloce sono discussi come modi per rilevare la porosità in parti singole in modo economicamente vantaggioso. L’analisi delle polveri è un’altra applicazione, una che può rilevare i pori nelle polveri metalliche. Mentre la maggior parte del lavoro che utilizza microCT nella produzione additiva si è concentrata su singoli materiali, è anche possibile analizzare più materiali in una parte, anche se la qualità delle immagini può variare a seconda dei materiali studiati.

Le ricerche indicano alcune limitazioni del microCT, come la dimensione della parte.

“Quando una parte è troppo grande, la penetrazione dei raggi X diventa un problema che richiede alte tensioni di scansione, filtrazione dei raggi e conseguente perdita di qualità nelle immagini”, spiegano. “Ciò può spesso comportare la mancanza di capacità di rilevamento su piccoli pori e può portare ad alcuni bordi della parte che sono meno o più brillanti di altri nei dati CT, rendendo impossibile un buon modello di superficie, o molto dispendioso in termini di tempo, per correggere usando metodi di elaborazione delle immagini. Questo è particolarmente vero per i metalli più densi e gli oggetti più grandi di 100 mm. I dati possono ancora essere utilizzati per la visualizzazione dei principali difetti, ma qualsiasi analisi più avanzata diventa molto più impegnativa. ”
Ciò può essere risolto utilizzando sistemi a più alta tensione o molta filtrazione a raggio. I vantaggi del microCT includono il fatto che non richiede molto tempo investito, sebbene sia necessario più tempo per le parti critiche.

Gli autori del documento includono Anton du Plessis, Igor Yadroitsev, Ina Yadroitsava e Stephan G. Le Roux.

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