X射線顯微成像的案例
Light | 復(fù)消色差X射線聚焦
圖1：X射線復(fù)消色差聚焦原理：折射透鏡和菲涅爾波帶片以特定間隔前后放置，色差相互糾正，三種不同的能量/波長(zhǎng)的X射線可同時(shí)聚焦于點(diǎn)F。
在可見(jiàn)光領(lǐng)域，消色差和復(fù)消色差透鏡存在已有百年之久。而在X射線領(lǐng)域，直到2022年世界上首個(gè)消色差透鏡才剛剛問(wèn)世。本文報(bào)道了該研究團(tuán)隊(duì)在消色差透鏡的工作基礎(chǔ)上，使用滿足特殊條件的菲涅爾波帶片 (FZP) 和復(fù)合折射透鏡 (CRL)，成功研制的世界上首個(gè)X射線復(fù)消色差透鏡系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)顯示，該復(fù)消色差透鏡在7 keV到12 keV的能量范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的消色差效果，相比消色差透鏡，消色差范圍提高了四倍，可以更廣泛地應(yīng)用于折射和衍射透鏡的色差校正。
該研究開(kāi)發(fā)的復(fù)消色差X射線透鏡系統(tǒng)由兩個(gè)相互獨(dú)立的光學(xué)元件組成：一個(gè)是雙光子聚合3D打印技術(shù)制造的復(fù)合折射透鏡，另一個(gè)是通過(guò)電子束光刻和金電鍍制造的菲涅爾波帶片，見(jiàn)圖2。
圖2. X射線復(fù)消色差透鏡的組成部分。a）3D打印的發(fā)散型CRL置于250納米厚的氮化硅膜上的光學(xué)顯微鏡圖像；b）復(fù)合折射透鏡和c）45度視角的波帶片的掃描電子顯微鏡圖像；d）復(fù)合折射透鏡（左下角）與火柴棒的對(duì)比。
在德國(guó)PETRA III同步輻射P06光束線上進(jìn)行的X射線掃描透射顯微成像和疊層成像測(cè)量結(jié)果顯示，該透鏡系統(tǒng)在7至12 keV的X射線能量范圍內(nèi)表現(xiàn)出極佳的消色差性能，見(jiàn)圖3。
圖3：Siemens星測(cè)試樣品在不同能量X射線束中的掃描透射顯微圖像 (樣品在光軸上位置無(wú)變化)。圖中展示了兩個(gè)不同的FZP-CRL分離距離d。
相比前述報(bào)道的初代X射線消色差透鏡，復(fù)消色差透鏡的有效能量范圍提高了四倍。
展開(kāi) 多模式硬X射線顯微成像：超高分辨率（近10 納米）和其在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用
【引言】
硬X射線因其良好的穿透性，對(duì)元素，化學(xué)價(jià)態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)的高敏感性，廣泛用于材料物理化學(xué)特性的表征和測(cè)量。特別對(duì)與掃描顯微成像，并行多模式的成像方式使得不同的信息的空間分布可以同時(shí)獲得，因此在很多科學(xué)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用需求。 由于聚焦硬X射線非常困難， 提高其空間分辨率一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。特別是到10 納米量級(jí)，基本接近現(xiàn)有光學(xué)器件的衍射極限。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室國(guó)家先進(jìn)光源II（NSLS-II）的嚴(yán)函斐博士（第一作者，通訊作者）及同事，康涅狄格大學(xué)Wilson Chiu教授以及克萊門(mén)大學(xué)Kyle Brinkman教授合作，報(bào)道了利用一種特殊的多層膜勞埃鏡（MLL）聚焦硬X射線接近衍射極限，并用不同的方法確認(rèn)了近10納米的掃描成像分辨率。采用重疊關(guān)聯(lián)衍射成像中的迭代相位恢復(fù)算法（ptychography），分辨率可以進(jìn)一步提高到10納米以下。利用納米小光斑和光柵掃描，這個(gè)小組研究了一種離子電子混合導(dǎo)電膜（廣泛應(yīng)用于燃料電池和氣體分離技術(shù)）并得到了這種材料的在極高分辨率上的熒光，吸收，微分相位和相位圖。前者給出元素分布，后三者給出電子密度，結(jié)構(gòu)和形貌分布。在納米尺度上，觀察到了一個(gè)新生成的材料相。這是硬X射線掃描顯微學(xué)在近10納米分辨率上的第一個(gè)科學(xué)應(yīng)用，并宣告進(jìn)入10納米時(shí)代。相關(guān)成果以題為“Multimodal hard x-ray imaging with resolution approaching 10nm for studies in material science” 發(fā)表于IOP頂級(jí)期刊Nano Futures上。
展開(kāi) [NEWSLETTER] X射線成像中的泰伯效應(yīng)
X射線成像已在醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)檢查等領(lǐng)域有許多應(yīng)用。一個(gè)常見(jiàn)的X射線成像設(shè)備的設(shè)計(jì)是基于泰伯效應(yīng)——一種衍射效應(yīng)，其中一個(gè)周期性的結(jié)構(gòu)，如光柵，可在其背后一定距離產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)精確的像。
作為一個(gè)基于快速物理光學(xué)的軟件平臺(tái)，VirtualLab Fusion提供了合適的求解器來(lái)傳播光線，包括所有的衍射效應(yīng)。關(guān)于VirtualLab Fusion在這一領(lǐng)域的能力的簡(jiǎn)短演示，請(qǐng)看下面的例子：
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類(lèi)型的光柵（以相位傳輸為模型），并研究了所選光柵的自成像。
塔爾伯特效應(yīng)的建模
我們展示了塔爾伯特效應(yīng)的建模，這是一個(gè)著名的周期性結(jié)構(gòu)（如光柵）的近場(chǎng)衍射效應(yīng)。
展開(kāi) VirtualLab：X射線成像中的泰伯效應(yīng)
X射線成像已在醫(yī)學(xué)成像和工業(yè)檢查等領(lǐng)域有許多應(yīng)用。一個(gè)常見(jiàn)的X射線成像設(shè)備的設(shè)計(jì)是基于泰伯效應(yīng)——一種衍射效應(yīng)，其中一個(gè)周期性的結(jié)構(gòu)，如光柵，可在其背后一定距離產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)精確的像。
作為一個(gè)基于快速物理光學(xué)的軟件平臺(tái)，VirtualLab Fusion提供了合適的求解器來(lái)傳播光線，包括所有的衍射效應(yīng)。關(guān)于VirtualLab Fusion在這一領(lǐng)域的能力的簡(jiǎn)短演示，請(qǐng)看下面的例子：
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類(lèi)型的光柵（以相位傳輸為模型），并研究了所選光柵的自成像。
塔爾伯特效應(yīng)的建模
我們展示了塔爾伯特效應(yīng)的建模，這是一個(gè)著名的周期性結(jié)構(gòu)（如光柵）的近場(chǎng)衍射效應(yīng)。
展開(kāi) 
VirtualLab：用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應(yīng)，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，有十字、棋盤(pán)和網(wǎng)狀圖案。這些光柵在一個(gè)單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線的波長(zhǎng)比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測(cè)試它們的自成像。
建模任務(wù)
相位光柵
如果光柵結(jié)構(gòu)的最小特征大于入射光波長(zhǎng)的大約五倍，那么產(chǎn)生的相位值就與結(jié)構(gòu)成正比。
在這種情況下，我們通過(guò)函數(shù)定義的方法來(lái)模擬光柵。
在我們的光學(xué)設(shè)置中，我們使用了一個(gè)理想的組件，其中電磁場(chǎng)被乘以僅有相位的傳輸函數(shù)，這可以很容易地進(jìn)行編程。
在VirtualLab Fusion中通過(guò)編程靈活定義任意傳輸函數(shù)
總結(jié)-元件
十字相位光柵
棋盤(pán)相位光柵
網(wǎng)格相位光柵
VirtualLab Fusion的工作流程
? 指定或定制傳輸函數(shù)
- 如何使用可編程功能及實(shí)例 (圓柱形透鏡）[用例］
? 選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器進(jìn)行光場(chǎng)的可視化
- 電磁場(chǎng)檢測(cè)器 [用例］
? 正確設(shè)置傅里葉變換
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱讀
- Talbot效應(yīng)的建模
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論
- 不同孔徑后的衍射圖案
展開(kāi) [VirtualLab] 用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應(yīng)，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，有十字、棋盤(pán)和網(wǎng)狀圖案。這些光柵在一個(gè)單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線的波長(zhǎng)比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測(cè)試它們的自成像。
建模任務(wù)
相位光柵
如果光柵結(jié)構(gòu)的最小特征大于入射光波長(zhǎng)的大約五倍，那么產(chǎn)生的相位值就與結(jié)構(gòu)成正比。
在這種情況下，我們通過(guò)函數(shù)定義的方法來(lái)模擬光柵。
在我們的光學(xué)設(shè)置中，我們使用了一個(gè)理想的組件，其中電磁場(chǎng)被乘以僅有相位的傳輸函數(shù)，這可以很容易地進(jìn)行編程。
在VirtualLab Fusion中通過(guò)編程靈活定義任意傳輸函數(shù)
總結(jié)-元件
十字相位光柵
棋盤(pán)相位光柵
網(wǎng)格相位光柵
VirtualLab Fusion的工作流程
? 指定或定制傳輸函數(shù)
- 如何使用可編程功能及實(shí)例 (圓柱形透鏡）[用例］
? 選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器進(jìn)行光場(chǎng)的可視化
- 電磁場(chǎng)檢測(cè)器 [用例］
? 正確設(shè)置傅里葉變換
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VirtualLab Fusion技術(shù)
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- Talbot效應(yīng)的建模
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論
- 不同孔徑后的衍射圖案
展開(kāi) VirtualLab：用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應(yīng)，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，有十字、棋盤(pán)和網(wǎng)狀圖案。這些光柵在一個(gè)單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線的波長(zhǎng)比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測(cè)試它們的自成像。
建模任務(wù)
相位光柵
如果光柵結(jié)構(gòu)的最小特征大于入射光波長(zhǎng)的大約五倍，那么產(chǎn)生的相位值就與結(jié)構(gòu)成正比。
在這種情況下，我們通過(guò)函數(shù)定義的方法來(lái)模擬光柵。
在我們的光學(xué)設(shè)置中，我們使用了一個(gè)理想的組件，其中電磁場(chǎng)被乘以僅有相位的傳輸函數(shù)，這可以很容易地進(jìn)行編程。
在VirtualLab Fusion中通過(guò)編程靈活定義任意傳輸函數(shù)
總結(jié)-元件
十字相位光柵
棋盤(pán)相位光柵
網(wǎng)格相位光柵
VirtualLab Fusion的工作流程
? 指定或定制傳輸函數(shù)
- 如何使用可編程功能及實(shí)例 (圓柱形透鏡）[用例］
? 選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器進(jìn)行光場(chǎng)的可視化
- 電磁場(chǎng)檢測(cè)器 [用例］
? 正確設(shè)置傅里葉變換
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
展開(kāi) VirtualLab：用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應(yīng)，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，有十字、棋盤(pán)和網(wǎng)狀圖案。這些光柵在一個(gè)單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線的波長(zhǎng)比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測(cè)試它們的自成像。
建模任務(wù)
相位光柵
如果光柵結(jié)構(gòu)的最小特征大于入射光波長(zhǎng)的大約五倍，那么產(chǎn)生的相位值就與結(jié)構(gòu)成正比。
在這種情況下，我們通過(guò)函數(shù)定義的方法來(lái)模擬光柵。
在我們的光學(xué)設(shè)置中，我們使用了一個(gè)理想的組件，其中電磁場(chǎng)被乘以僅有相位的傳輸函數(shù)，這可以很容易地進(jìn)行編程。
在VirtualLab Fusion中通過(guò)編程靈活定義任意傳輸函數(shù)
總結(jié)-元件
十字相位光柵
棋盤(pán)相位光柵
網(wǎng)格相位光柵
VirtualLab Fusion的工作流程
? 指定或定制傳輸函數(shù)
- 如何使用可編程功能及實(shí)例 (圓柱形透鏡）[用例］
? 選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器進(jìn)行光場(chǎng)的可視化
- 電磁場(chǎng)檢測(cè)器 [用例］
? 正確設(shè)置傅里葉變換
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
文件信息
更多閱讀
- Talbot效應(yīng)的建模
- 傅里葉變換的設(shè)置--在實(shí)例中討論
- 不同孔徑后的衍射圖案
展開(kāi) 用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常基于Talbot效應(yīng)和光柵的自成像。 在N. Morimoto等人的工作之后，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，分別是交叉形，棋盤(pán)形和網(wǎng)格形圖案。 本案例中，光柵被用于單光柵干涉儀中，建模為僅相位傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光柵周期），并在VirtualLab Fusion中檢查了其成像。
建模任務(wù)
交叉圖案相位光柵
棋盤(pán)圖案相位光柵
網(wǎng)格圖案相位光柵
不同案例之間的比較
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion工作流程
?指定或自定義傳輸功能
–如何使用可編程功能和示例（圓柱透鏡） [用例]
?選擇合適的探測(cè)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)可視化
–電磁場(chǎng)探測(cè)器 [用例]
?正確設(shè)置傅立葉變換
–傅立葉變換設(shè)置–實(shí)例討論 [用例]
VirtualLab Fusion技術(shù)
展開(kāi) 用于X射線成像的單光柵干涉儀
摘要
X射線成像通常基于Talbot效應(yīng)和光柵的自成像。 在N. Morimoto等人的工作之后，我們選擇了三種類(lèi)型的相位光柵，分別是交叉形，棋盤(pán)形和網(wǎng)格形圖案。 本案例中，光柵被用于單光柵干涉儀中，建模為僅相位傳輸函數(shù)（因?yàn)?em>X射線波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光柵周期），并在VirtualLab Fusion中檢查了其成像。
建模任務(wù)
交叉圖案相位光柵
棋盤(pán)圖案相位光柵
網(wǎng)格圖案相位光柵
不同案例之間的比較
走進(jìn)VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion工作流程
VirtualLab Fusion技術(shù)
X射線成像系統(tǒng)：Kirkpatrick-Baez鏡和單光柵干涉儀
在如醫(yī)療成像和工業(yè)檢查等廣泛的應(yīng)用中，X射線成像是一種有價(jià)值的工具。在VirtualLab Fusion中，我們已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)著名的X射線成像系統(tǒng)，它們可以用來(lái)探索所討論裝置的成像特性，或用來(lái)說(shuō)明特殊的X射線成像原理。在本通訊中，我們展示了兩個(gè)X射線成像實(shí)驗(yàn)：(1)使用Kirkpatrick-Baez鏡創(chuàng)建納米級(jí)X射線成像點(diǎn)；(2)用單光柵干涉儀說(shuō)明相襯X射線成像原理。
X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez 鏡將掠入射X射線場(chǎng)聚焦到一個(gè)納米級(jí)的點(diǎn)上。本用例展示了Kirkpatrick-Baez鏡的分析設(shè)計(jì)過(guò)程和焦點(diǎn)區(qū)域的衍射圖樣。
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在用于X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類(lèi)型的光柵(僅通過(guò)相位傳輸建模)，并對(duì)所選光柵的自成像進(jìn)行了研究。
更多信息請(qǐng)發(fā)送消息到：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開(kāi) 
X射線成像系統(tǒng)：Kirkpatrick-Baez鏡和單光柵干涉儀
在如醫(yī)療成像和工業(yè)檢查等廣泛的應(yīng)用中，X射線成像是一種有價(jià)值的工具。在VirtualLab Fusion中，我們已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)著名的X射線成像系統(tǒng)，它們可以用來(lái)探索所討論裝置的成像特性，或用來(lái)說(shuō)明特殊的X射線成像原理。在本通訊中，我們展示了兩個(gè)X射線成像實(shí)驗(yàn)：(1)使用Kirkpatrick-Baez鏡創(chuàng)建納米級(jí)X射線成像點(diǎn)；(2)用單光柵干涉儀說(shuō)明相襯X射線成像原理。
X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez 鏡將掠入射X射線場(chǎng)聚焦到一個(gè)納米級(jí)的點(diǎn)上。本用例展示了Kirkpatrick-Baez鏡的分析設(shè)計(jì)過(guò)程和焦點(diǎn)區(qū)域的衍射圖樣。
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在用于X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類(lèi)型的光柵(僅通過(guò)相位傳輸建模)，并對(duì)所選光柵的自成像進(jìn)行了研究。
更多信息請(qǐng)發(fā)送消息到：support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
網(wǎng)址： http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開(kāi) X射線成像系統(tǒng)：Kirkpatrick-Baez鏡和單光柵干涉儀
在如醫(yī)療成像和工業(yè)檢查等廣泛的應(yīng)用中，X射線成像是一種有價(jià)值的工具。在VirtualLab Fusion中，我們已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)著名的X射線成像系統(tǒng)，它們可以用來(lái)探索所討論裝置的成像特性，或用來(lái)說(shuō)明特殊的X射線成像原理。在本通訊中，我們展示了兩個(gè)X射線成像實(shí)驗(yàn)：(1)使用Kirkpatrick-Baez鏡創(chuàng)建納米級(jí)X射線成像點(diǎn)；(2)用單光柵干涉儀說(shuō)明相襯X射線成像原理。
X射線束的掠入射聚焦鏡
Kirkpatrick-Baez 鏡將掠入射X射線場(chǎng)聚焦到一個(gè)納米級(jí)的點(diǎn)上。本用例展示了Kirkpatrick-Baez鏡的分析設(shè)計(jì)過(guò)程和焦點(diǎn)區(qū)域的衍射圖樣。
用于X射線成像的單光柵干涉儀
在用于X射線的單光柵干涉儀中采用了三種類(lèi)型的光柵(僅通過(guò)相位傳輸建模)，并對(duì)所選光柵的自成像進(jìn)行了研究。
展開(kāi) 計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（CT）掃描促進(jìn)3D打印增材制造發(fā)展
很多情況下，在缺乏先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的幫助下，一些工件內(nèi)部檢查方法需要用二維X射線掃描，或采用破壞性的檢測(cè)方式。
工業(yè)用計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（CT）掃描是一種新興檢測(cè)技術(shù)，它為大幅降低產(chǎn)品試制檢測(cè)成本，以及在三維無(wú)損檢測(cè)中快速而準(zhǔn)確地分析工件內(nèi)部缺陷提供了可能。
檢測(cè)，無(wú)需破壞
業(yè)用計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（CT）掃描允許測(cè)量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。采用這種技術(shù)使用戶能夠以以前只能通過(guò)破壞性方法完成的方式可視化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
拿國(guó)際工具與設(shè)備公司（TEI）來(lái)說(shuō)，該公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了全電動(dòng)摩托車(chē)Lightning LS-218，旋轉(zhuǎn)臂是由3D軟件設(shè)計(jì)公司Autodesk創(chuàng)建的，然后用了三個(gè)星期的時(shí)間進(jìn)行鑄造、清潔、熱處理、精加工和檢查摩托車(chē)擺臂。
為確保零件滿足機(jī)械扭轉(zhuǎn)的需求，TEI采用了工業(yè)用計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（CT）掃描來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。作為自20世紀(jì)70年代以來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)，CT掃描正在工業(yè)領(lǐng)域成為重要的檢測(cè)工具。
工業(yè)CT掃描的基本形式與醫(yī)學(xué)CAT掃描類(lèi)似，只是現(xiàn)在這種CT技術(shù)正被用于掃描各種工業(yè)零部件，而不是人體。醫(yī)學(xué)CAT掃描主要用于可視化目的，而工業(yè)CT掃描不僅實(shí)現(xiàn)可視化，而且還可進(jìn)行測(cè)量。工業(yè)CT掃描是將二維X射線圖像交織形成工件內(nèi)部和外部三維影像的過(guò)程。*
由于采用X射線掃描，因此可在無(wú)需夾持的自由狀態(tài)下對(duì)脆弱易損的零部件進(jìn)行檢測(cè)。由于無(wú)需對(duì)工件施加測(cè)量力和進(jìn)行夾持，因此可確保工件被檢測(cè)時(shí)處于其自然位置。掃描完成后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，然后用CT CAD軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)零件與CAD模型對(duì)比、幾何尺寸與公差（GD＆T）分析、零件與零件對(duì)比、組件/缺陷分析、孔隙分析和壁厚分析，并生成逆向工程所需要的CAD數(shù)據(jù)。
展開(kāi) 研究電子束金屬3D打印：集成X射線、熱成像、可見(jiàn)光等成像技術(shù)
圖片來(lái)IZET ESCANO
2022年4月19日，南極熊獲悉，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師將特殊的高能X射線、熱成像、可見(jiàn)光相結(jié)合，研究新的3D打印技術(shù)，制造先進(jìn)的金屬零件，以更好地了解（并改進(jìn)）有前途的制造方法。
預(yù)防3D打印零件的缺陷很重要。為了更多地了解電子束粉末床融合的3D打印工藝，由助理教授陳連毅領(lǐng)導(dǎo)的威斯康星大學(xué)麥迪遜分校機(jī)械工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新系統(tǒng)，允許他們使用同步加速器X射線實(shí)時(shí)觀察各個(gè)打印流程，包括正在打印的部件內(nèi)部等。
“電子束金屬3D打印技術(shù)，目前發(fā)展速度非常快，”陳連毅說(shuō)。“這是制造航空航天零件的一項(xiàng)重要技術(shù)——例如，可用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁化鈦零件。目前其他的3D打印技術(shù)還無(wú)法制造這些。”
電子束粉末床熔合始于基底上的金屬粉末基底。電子束熔化并融合新的粉末層，以自下而上構(gòu)建零件。雖然這個(gè)過(guò)程聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但該技術(shù)還處于早期階段，還有很多問(wèn)題需要研究。比如隱藏在金屬層中的缺陷，隨時(shí)可能會(huì)在沒(méi)有預(yù)兆的情況下導(dǎo)致故障。
△威斯康星大學(xué)麥迪遜分校機(jī)械工程師團(tuán)隊(duì)所使用的增材制造裝置一角。圖片來(lái)IZET ESCANO
“這是我們第一次有能力看到表面之下發(fā)生了什么——形成缺陷的機(jī)制是什么，”陳說(shuō)。“通過(guò)對(duì)打印流程的更深入了解，我們可以持續(xù)改進(jìn)此技術(shù)，將質(zhì)量提升到更高的水平。”
該團(tuán)隊(duì)于2022年1月初，成功在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)光子源上完成測(cè)試。該光子源使用粒子加速器產(chǎn)生超亮、高能X射線，以便用于嚴(yán)苛的科學(xué)研究。
威斯康辛大學(xué)的系統(tǒng)結(jié)合了同步x射線成像和衍射——一種利用材料散射x射線的方式來(lái)重建形狀的過(guò)程。高能同步輻射x射線使研究人員能夠在打印系統(tǒng)工作時(shí)，以前所未有的細(xì)節(jié)觀察材料隱藏的內(nèi)部是如何工作的。熱成像相機(jī)可以讓他們研究工藝過(guò)程中監(jiān)控溫度的變化，而可見(jiàn)光相機(jī)可以讓他們研究零件表面結(jié)構(gòu)的變化。
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