Inspección de polvos para fabricación aditiva mediante CT

 

Inspección de polvos para fabricación aditiva mediante CT

 

Waygate Technologies invierte en aplicaciones orientadas a la verificación y análisis de calidad en las diferentes áreas de la fabricación aditiva, mediante sus sistemas de tomografía computarizada. Las técnicas de CT que se utilizan con gran éxito en la industria de inyección y moldeo también tienen un gran campo de aplicación en AM, en el ajuste del proceso de impresión, la comprobación de propiedades y calidad en la pieza , o para el control de calidad del polvo.

La calidad del polvo metálico en el proceso de fabricación aditiva determina la calidad del producto final y tiene una gran influencia en la consistencia de la producción y la formación de defectos en el volumen y en las superficies de las piezas creadas con esta técnica. Para la inspección del tamaño, forma, porosidad y contaminación del polvo, se utilizan diferentes métodos, como difracción láser, microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, espectrometría, etc. La exploración topográfica computarizada (CT) de alta resolución puede sustituir varios de estos métodos de inspección.

Mediante la inspección por CT de polvo metálico (por ejemplo, aluminio AlSi10Mg, titanio TA6V, acero, Inconel), el material se coloca en un recipiente pequeño y se irradia con un haz de rayos X para crear una imagen 2D  mientras gira el contenedor 360 °, se registran y almacenan muchas imágenes 2D de alta definición (las llamadas proyecciones). Usando este conjunto de proyección y los datos de geometría del sistema, el volumen 3D del polvo en el contenedor, se puede reconstruir automáticamente. La dimensión típica del vóxel (píxel 3D en datos de CT) por inspección de polvo es de unos cuantos micrómetros. Esta alta resolución permite un examen fiable del polvo metálico con tamaños típicos en el rango de 10 a 100 µm.

Después de la reconstrucción, la representación virtual en 3D del polvo se puede examinar cualitativamente. La forma y la porosidad de las partículas individuales, así como las posibles contaminaciones, que pueden identificarse en función de sus diferentes densidades que en comparación con el polvo inspeccionado son claramente visibles. Además, basándose en datos de la CT , es posible realizar un análisis estadístico de los poros, proporcionando información sobre la distribución del tamaño  y  porosidad relativa. Un método alternativo , como la microscopía, requiere una preparación de la muestra que implica mucho tiempo: incrustación en resina, trituración, y finalmente solo una sección seleccionada al azar se puede analizar microscópicamente, lo que conduce a una sobreestimación o subestimación de la porosidad. Por el contrario, el análisis basado en datos CT permite la evaluación de cientos a miles de secciones virtuales, proporcionando estadísticas fiables. Además, la mayoría de los parámetros que describen cualquier partícula individual (volumen, área de superficie, esfericidad, compacidad, etc.) se pueden determinar a partir de la tomografía computarizada y generar las estadísticas relevantes  en formato tabular o  gráfico. Para el análisis de los datos  existen diferentes opciones  software, p. Ej. r VGSTUDIO MAX (volumegraphics.com) o aviso (aviso.com).

Si el polvo que se está probando es una mezcla de dos polvos de diferentes densidades, durante el análisis de los datos de CT, cada componente se puede separar y analizar de forma independiente. Además, se puede determinar la cantidad relativa de cada polvo en la mezcla.

Centrándose en el análisis de polvo, el sistema Phoenix Nanotom M es una posible solución óptima ya que a las capacidades de análisis Sub Micrón incluye amplio rango de inspección. Si el control de calidad de la pieza final producida con aditivos también es de interés, el uso de nuestra solución premium, el sistema Phoenix V | tome | x M permite un control dimensional metrológico 3D y una inspección rápida de alta calidad en la superficie y en el volumen de las piezas producidas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Inspection of powders for additive manufacturing using CT

 

Waygate Technologies invests in applications aimed at quality verification and analysis in the different areas of additive manufacturing, through its computed tomography systems. The CT techniques that are used with great success in the injection and molding industry also have a great application field in AM, in the adjustment of the printing process, the checking of properties and quality in the piece, or for the control of powder quality.

Quality of metal powder in the additive manufacturing process determines quality of the final product and has a major influence on production consistency, and defect formation in the volume as well as on the surfaces of produced parts. For the inspection of powder size, shape, porosity and contamination, different methods, such a laser diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, spectrometry etc. are used. High resolution computed topographical (CT) scan can substitute several inspection methods. 

By the CT inspection of metal powder (e.g. Aluminum AlSi10Mg, Titanium TA6V, Steel, Inconel), material is put into small container and irradiated by x-ray beam to create 2D image. While rotating the container by 360° many 2D images (so called projections) are recorded and stored. Using this set of projection and the system geometry data, the 3D volume of the powder in the container can be automatically reconstructed. Typical dimension of voxel (3D pixel in CT data) by powder inspection is a few micrometers. Such high resolution enables reliable examination of the metal powder with typical sizes in the range of from 10 up to a hundred µm.

After reconstruction virtual 3D representation of the powder can be immediately qualitatively examined. Shape and porosity of individual particles as well as potential contaminations, which can be identified based on their different densities compared to inspected powder, are clearly visible. Moreover, based on CT data statistical analysis of pores is possible, providing information about pore size distribution and a relative porosity. An alternative method here - microscopy - needs time-consuming sample preparation: embedding in resin, and grinding. And finally, only one randomly selected section can be analyzed microscopically, what leads to over- or underestimation of porosity. On the contrary, analysis based on CT data enables evaluation of hundreds to thousands virtual sections, providing reliable statistics. Furthermore, majority of parameters describing any individual particle (volume, surface area, sphericity, compactness etc) can be determined from the CT scan and relevant statistics can be represented in tabular format or as a graph. For analyses different software e.g. VGSTUDIO MAX (volumegraphics.com) or aviso (aviso.com) can be used.

If the powder, which is being tested, is a mix of two powders of different densities, then during the analysis of CT data, each component can be separated and analysed independently. Additionally, relative amount of each powder in the mix can be determined.

Focusing on powder analysis, the Phoenix Nanotom M system is a possible optimal solution. If quality control of final additive produced part is also of interests, using our premium solution – Phoenix V|tome|x M system enables 3D metrological dimensional control and fast high-quality inspection on the surface and in the volume of the produced parts