# 用新的成像方法來分析3D列印材料的質量

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Published: 2022-04-02
Source: 獅城新聞

如今，3D列印技術已被考慮應用於航空航天、汽車、生物醫學、數字藝術、建築設計等領域，並且**對所使用的3D列印零部件質量要求極高。**近日，NTU提出了一種**快速低成本地分析**3D列印部件內部結構的新方法。

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水晶構成的3D列印材料，圖片來源：NTU官網

大多數3D列印的金屬合金由無數的微觀晶體組成，這些晶體**在形狀、大小和原子晶格方向上**有所不同。通過繪製這些信息，科學家和工程師可以**推斷出合金的強度和韌性等性能。**這就好像觀察木紋，當木紋在同一方向上連續時，木材最堅固。 

這種新技術可以使很多行業收益。例如在航空航天領域，對關鍵任務部件（渦輪機、風扇葉片和其他組件）的低成本快速評估將可能改變整個行業維護、修復零件的傳統規則。 

到目前為止，分析3D列印金屬合金中的這種微觀結構，是通過使用**掃描電子顯微鏡這種費力耗時的方法來實現的，**成本價格從10萬新元到200萬新元不等。

NTU助理教授Matteo Seita及其團隊設計出這種新方法，通過使用**由光學攝像頭、光束和筆記本電腦組成的系統，**在幾分鐘內就能夠提供與使用電子顯微鏡相同質量的信息。電腦耗費硬體成本25,000新元，其運行的機器學習軟體也是由該團隊開發的。

新方法中，首先需要用化學物質處理金屬表面以揭露微觀結構，接著將樣品朝向相機放置，並在光束從不同方向照亮金屬時拍攝多個光學圖像，然後電腦軟體會分析這些圖像，獲得材料的晶格方向。**整個過程大約需要15分鐘就能完成。**

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教授Seita正在操作演示，圖片來源：InceptiveMind

教授Seita說道：「使用我們這種廉價且快速的成像方法，可以**很容易地區分3D列印金屬零件的好壞。**此前，除非我們詳細評估材料的微觀結構，否則無法區分。**沒有兩個完全相同的3D列印的金屬部件，**即使它們是使用相同的技術生產的且具有相同的幾何形狀。從概念上講，這類似於兩個原本相同的木製工藝品可能各自具有不同的紋理結構。」

助理教授Seita還認為，他們的創新成像方法有可能簡化3D列印生產的金屬合金零件的認證和質量評估，也稱為**增量製造。**

3D列印金屬部件最常用的技術之一是使用高功率雷射熔化金屬粉末並將它們逐層融合在一起，直到列印出完整的產品。 

然而，**由此的生產材料的微觀結構和質量取決於幾個因素，**包括雷射的速度或強度、金屬冷卻時間、甚至所使用的金屬粉末類型和品牌。這就是為什麼由兩台不同的機器或生產車間可能會獲得不同質量的零件。 

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教授Seita拿著一塊3D列印的金屬合金

圖片來源：AZO Materials

該團隊開發的「智能軟體」使用的不是複雜的電腦程式來測量所獲光信號的晶體取向，而是**使用神經網絡，模仿人腦形成聯想和處理思想，**向其提供數百個光學圖像進行學習。

最終，他們的軟體學會了如何根據光線從金屬表面散射方式的差異，從圖像預測金屬的晶體方向。然後對其進行測試，以便能夠創建完整的**「晶體方向圖」，該圖提供了有關晶體形狀、大小和原子晶格方向的完整信息。**

為了將他們的方法商業化，該團隊目前正在與NTUitive、NTU的創新企業公司進行討論，以探索創辦公司的可能性，或者將該項專利許可給感興趣的從業者。

信息來源：

1. " NTU Singapore scientists invent imaging method to assess quality of 3D-printed metal parts " NTU Media Release.

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