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增材制造:通过扫描电镜(SEM)改进增材制造加工工艺

 发布时间:2018-08-08 点击量:1948

在之前的博客中,我们介绍了增材制造(AM)是一种新的制造方法,并介绍了其关键点。 增材制造也被称为 3D 打印或快速成型,由于其无限的潜力,吸引了众多人士和行业的关注。 在这篇博客中,我们将介绍如何使用扫描电镜(SEM)来监测和改善增材制造质量。

 

扫描电镜(SEM)检测表面缺陷

 

目前,AM 厂商使用扫描电镜(SEM)作为产品的表征技术。 扫描电镜(SEM)可以提供高分辨率图像,可以仔细检查 AM 工艺生产组件的表面质量。扫描电镜(SEM)的使用可以帮助我们揭示产品的表面缺陷,这些缺陷往往影响着产品的机械性和耐久性。

 

对于某些材料,如钛合金,与传统的制造工艺相比,利用 AM 制造出具有相同性能的密集部件是非常具有挑战性的。 而扫描电镜(SEM)恰好是AM终产品检测中非常有用的表征技术。

  

扫描电镜(SEM)分析增材制造粉末

 

然而,扫描电镜(SEM)不仅帮助检测终产品, 也可以对 AM 工艺中使用的原材料进行表征。 增材制造主要是基于粉末的技术,包括烧结各种各样的粉末。增材制造的实质是通过计算机辅助设计软件(如CAD),将某种特定的加工样式生成一个数字化的模型文件,然后按照模型图用各类金属粉末或塑料、陶瓷和复合材料等可塑性高的物质进行加工的。

 

如果我们把更多的关注放在正在使用的金属粉末上,将会看到许多金属已经用于增材制造工艺。 不锈钢、钴、镍、钛、铝、铁和铝铜基合金已被使用,并且种类一直在增加。

 

AM厂商对金属粉末的许多特性都非常关注。尺寸(在 1 到几百微米的范围内)是一个能够确保颗粒均匀分布的非常重要的性质,这将影响产品的性能和其潜在应用。形状 (球形颗粒是的)影响颗粒的填充、流动涂覆能力。孔隙度,影响了材料的机械强度。

 

在大多数情况下,需要仔细检查粉末的上述特性,并且需要高度均匀的分布。

 

扫描电镜(SEM)和颗粒表征

 

如上所述,扫描电镜(SEM)对 AM 工艺制造的产品的表面进行成像和表征。 另外,对于粉末材料的表征,可以使用软件,例如由飞纳电镜开发的颗粒统计分析测量系统(ParticleMetric)。  

 

该软件可以自动检测扫描电镜样品上存在的颗粒,并通过测量几种重要的物理性质,如尺寸,形状,圆度,长径比等来准确表征它们。这些物理数值需要检查和分析大量颗粒,因此这些自动执行的表征过程就显得非常重要,可以有效提高测试者的工作效率。

 

另外,扫描电镜(SEM)可以通过使用所配备的能量色散X射线光谱仪(EDX)检测粉末材料的化学特性。 将扫描电镜(SEM)的 EDX 探头应用于 AM 工艺中,操作员可以准确检测和量化样品中存在的元素。

 

图1: ParticleMetric 软件的屏幕截图。左侧显示扫描电镜(SEM)中检测到的颗粒。右侧显示检测结果,它们的性质和生成具有颗粒属性的图形。

 

显而易见,扫描电镜(SEM)可以完全覆盖用于 AM 工艺的产品和材料的表征要求:使用扫描电镜(SEM)成像检查产品表面,用专门的颗粒统计分析系统来测量粉末材料的物理特性,使用 EDX 技术来检测和量化它们的组成元素。

 

增材制造和扫描电镜(SEM)

 

在增材制造中,产品的质量控制以及检测产品表面缺陷是至关重要的。 但是,作为增材制造商,希望能够在不占用太多时间的情况下改善 AM 流程。  

 

Additive Industries 是世界上家用于工业金属增材制造系统的设备制造商。他们设法解决这个障碍,并利用飞纳台式扫描电镜来提高质量控制。

 

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