增材制造应用中的计算机断层扫描
工业CT技术简介：增材制造的3D检测与计量
计算机断层扫描（Computed Tomography, CT）为增材制造（Additive Manufacturing, AM）中复杂零件的检测与测量提供了核心工具。通过将最终产品与原始三维设计进行对比，CT技术能够确保所有关键内部尺寸均被精准复现。在性能与安全要求不可妥协的行业中，该技术尤为重要。
增材制造的意义
增材制造标志着工程领域的一次变革性转变，其重要性堪比铸造工艺与机床的诞生。它彻底革新了零件设计、快速样品制作及复杂部件的生产方式。这些发展在过去是无法通过单一零件实现的，现在需要精确的质量控制。在这里，工业计算机断层扫描（CT）技术的三维检测和计量变得不可或缺。
工业计算机断层扫描技术解析
工业CT通过采集大量二维X射线图像，经重建生成三维体积数据。待检物体被置于精密转台上，在密闭舱内接受高能辐射照射。物体旋转过程中，辐射被吸收并形成二维投影，由探测器捕获后，通过数学算法重建为精细的三维模型。
扇形束与锥束CT技术对比
工业CT主要采用扇形束与锥束两种技术，二者原理相同，但辐射方向与数据采集方式存在差异：
工业CT主要采用两种技术：风束CT和锥束CT。两者基于相同的基本原理，但在辐射方向和数据检测方法上有所不同。
风束CT通过旋转和线性移动X射线束，将工件切割成薄片。一个准直的线型探测器捕捉这些切片，然后将其重建为三维体积。虽然这种方法对高密度金属零件有效，但由于散射辐射伪影，它的速度较慢。
相比之下，锥束CT使用一个平面探测器，在一次旋转中捕获整个工件。虽然这种技术更快，但它对散射辐射的敏感性更高，因此生成的图像精度较风束CT差。
增材制造计量的挑战
增材制造通过分层堆积材料创建三维部件，与减材制造不同，各种增材制造技术包括烧结、激光或电子束熔化金属粉末，以及立体光刻。
计算机断层扫描（CT）可以应用于这些技术的各个阶段，从原材料质量控制到最终部件计量。例如，高分辨率纳米聚焦CT能够通过分析颗粒大小、形状和孔隙度来确保粉末的一致性，这些检测数据会影响最终成品的密度以及发现可能存在的缺陷。
确保工艺精度
CT扫描在检测增材制造（AM）的缺陷检测过程中也至关重要。粉末质量或层叠过程中的瑕疵可能会导致空洞或杂质。这些缺陷在初始阶段可能符合公差，但在热处理后可能会引起显著的变形。CT技术可以识别这些缺陷的大小、位置和分布，从而帮助优化工艺。
最终零件检测的精度
对成品进行CT检测可以验证制造的产品是否与初始的3D设计相符。这包括对内部特征、壁厚以及其他使用传统方法难以测量的方面进行尺寸分析。先进的CT扫描仪可以实现几微米以内的测量精度，从而确保精准的质量控制。
增材制造CT技术的增强方向
制造业持续追求提速不减质的生产模式，CT技术的提升使其成为可能，支持设计优化、产能提升与组件验证。
CT硬件与软件的创新
近年来，CT系统取得了显著的进步，包括高分辨率纳米聚焦扫描和散射修正技术。例如，散射修正技术能够减少锥形束CT中由散射辐射引起的伪影，从而提升图像质量，达到与扇形束CT相媲美的效果，同时显著缩短扫描时间。
此外，新的探测器提供了高分辨率的图像，能够检测到微小的缺陷。先进的软件现在将系统控制、数据采集、体积重建和准确的表面数据生成等所有必要功能整合在一起。更高的X射线功率集中在更小的区域上，使得分辨率得以提升或扫描速度加快。
增材制造与CT技术的未来
尽管增材制造仍在不断发展，但它已经从快速样品制造转向生产，特别是在航空航天领域。它在创造具有无与伦比的内部复杂性的部件方面的潜力，现已在各行各业得到了实现。随着增材制造技术的进步，CT技术也在不断发展，目前CT技术已推出产线用在线设备，实现生产现场的自动化全检。
结论
随着增材制造技术在航空航天、汽车等工业领域扩展，工业CT的作用将愈发关键。CT技术将继续应对不断变化的检验和质量控制挑战，确保未来产品的完整性和性能。
