显微镜在增材制造中的应用

增材制造或3D打印是一种快速原型技术，能够直接从陶瓷、合金或金属粉末制造复杂的3D组件。逐层堆焊工艺提供了一系列新的生产可能性，如制造具有集成功能特性的复杂近净形状组件，如弯曲冷却通道的钻头。

粉末特性和加工条件对材料的显微组织有很大影响。除了对元件的应用性能有很大危害的微观结构缺陷外，增材制造还需要解决以下挑战:

• 要求高水平的尺寸精度
• 表面质量
• 制造具有复杂几何形状和内部结构的工具，如冷却通道

对生产的部件及其微观结构的微观分析有助于理解工艺的影响，更好地指导和控制所需的质量。本文讨论了显微技术在评价增材制造部件质量方面的适用性。

利用光学和扫描电子显微镜对粉末进行表征

作为一种以粉末为基础的工艺，增材制造使用CAD通过逐层熔化粉末来构建组件。因此，粉末特性在很大程度上影响了添加剂制造工具的性能。

微观技术可以用来确定工具的性能。光学显微镜，例如Axio变焦。V16可以进行粒度分析(图1a和1b)。钢粉的单峰粒度分布如图1a所示，而AlSi10的双峰粒度分布如图1b所示。

扫描电子显微镜可用于分析粉末形态（图1C和1D）。例如，可以检测颗粒的附聚物和圆度，这对于粉末在该过程期间井流良好地是至关重要的。yabo214

图1所示。用于粉末表征的钢(316L) (a, c)和AlSi10 (b, d)粉末的显微照片;(a, b)光学显微镜，透射光，明亮视野，80×;(c, d) SEM, SE, WD 10 mm, EHT 10 kV, 500×

放射学(CT)无损分析

计算机断层扫描(CT)是一种可靠的技术，用于检查附加制造部件的尺寸精度，因为它能够探索其内部结构。图2显示了传统钢钻和附加钢钻的CT对比，展示了3D打印的优势。

增材制造使弯曲冷却通道的集成制造成为可能。相反，常规钻头的冷却通道需要在零件完成后再进行加工。

图3显示了3D打印钻头的CT切片，可以测量内部结构的尺寸，如壁厚、冷却通道的尺寸和截面面积。这反过来又使质量控制成为可能。

图2。带冷却通道钢钻头的CT图像顶部:常规生产，后期加工冷却通道;底部:附加制造的弯曲冷却通道(红色)。

图3。CT切片通过附加(左)和常规(右)制造的钻头，测量壁厚的差异。

组件的大小和几何

3D打印中的关键挑战之一是实现所需的尺寸精度。Smartzoom 5有助于审查大小和几何。3D印刷切割插入件的尖端如图4所示。该显微照片有助于研究切削刀片的所需几何形状，例如切削刀片的直径，以及冷却通道的尺寸和位置。

图4。ZEISS Smartzoom 5的尺寸和几何测量:额外制造的切削刀片的尖端;a)概述，20×，铃声，HDR;b)冷却通道详细视图和测量，40×，环光。

ZEISS Axio成像仪3D打印元件的微观结构演变。Z2m

3D打印元件的微观结构可以用光学显微镜进行研究。微观结构缺陷、相分布和不均匀性是我们感兴趣的关键方面，因为它们对组件的使用性能有重大影响。此外，生产参数的影响可以通过物质性样品制备和显微分析来观察。

的Axio成像仪。Z2mlight microscope可以用来说明SLM(选择性激光熔化)加工零件的微观组织演变。线能密度对孔隙度、孔隙大小及分布的影响如图5所示。AxioVision Rel 9.1软件能够确定定量特征(孔隙率的分数，面积加权d90分布特征值的孔径)。

图5。X3NiCoMoTi18-9-5试样在线性能量密度(LED)下的微观结构演化;a) SLM，高LED, V2A蚀刻，横截面，50×;b) SLM，低LED, V2A蚀刻液，横截面，50×;c)整体孔隙度相对于LED, LED越高，孔隙度越低;d)孔径与LED有关，孔径随LED的增大而减小。

图6显示了SLM产生的材料的抛光部分，揭示了3D印刷样品的特征微观结构，其具有由过程引导引起的规则模式。亚博网站下载图6A中的横截面清楚地显示了激光轨道的规则图案。

为了更好的可视化，一些激光轨迹用白线绘制。纵向切片(图6b)显示了由于在激光的每个交叉点形成的单独的熔化层而产生的层结构。

图6。SLM样品适合激光方向的微观结构形成，a) X3NiCoMoTi18-9-5 (1.2709)， SLM, v2a -刻蚀剂，截面100×;b) AlSi10Mg, SLM, 10% naoh蚀刻，纵断面，100×

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