ZEISS 顕微鏡ソリューションが積層造形の品質向上に貢献

あらゆる新興技術と同様に、積層造形プロセス全体にわたる品質管理は非常に重要なタスクです。製造プロセスの品質を確保するには、原材料の特性の品質管理だけでなく、その間の完成品とプロセスの管理も不可欠です。ツァイスの顕微鏡は、粉末および材料の特性評価、印刷後の熱処理および部品の除去、欠陥および内部構造の検査、印刷後の材料品質検査、寸法および表面検査などの包括的なソリューションを生み出しました。光学顕微鏡と電子顕微鏡は、材料表面の特徴をミクロンレベルおよびナノメートルレベルで観察できるため、積層造形における品質検査、故障解析、材料研究に正確な情報を提供できます。高解像度の X 線顕微鏡は、内部構造に関するミクロンレベルおよびナノメートルレベルの情報を提供できるため、積層造形における非常に複雑な内部表面の品質検査や研究開発で直面するすべての課題を解決できます。

積層造形（AM）技術は、材料を徐々に積み重ねる方法を使用して物理的な部品を製造する技術です。従来の材料除去-切削加工技術と比較すると、「ボトムアップ」の製造方法です。過去 20 年間で、AM 技術は急速な発展を遂げました。「ラピッドプロトタイピング」、「3D プリンティング」、「ソリッドフリーフォームファブリケーション」など、さまざまな名前が、さまざまな側面からこの技術の特徴を表現しています。欧米メディアは、この固体自由形状製造技術を「第三次産業革命」をもたらす新技術として称賛した。

1 粉末材料の特性評価<br /> さまざまな粉末材料は積層造形の原料であり、その品質を管理することが積層造形の品質管理の第一歩です。粉末粒子のサイズ、サイズ分布、形状、表面形態、内部密度などは、印刷製品の性能に影響を与えるだけでなく、プロセス全体にも影響を与えます。

√ツァイス光学顕微鏡を使用すると、粉末の粒度分布情報を迅速に取得できます

√ツァイス走査型電子顕微鏡は、ナノメートルスケールの粒子サイズ情報、粒子表面形態情報、粒子組成情報を取得できます。

√ ツァイス X 線顕微鏡により、粒子の形状、サイズ、体積分布の詳細な分析が可能になります。粉末床の圧縮と形状の関係を分析すると、適切なプロセスパラメータを決定し、最適な印刷レシピの開発時間を短縮するのに役立ちます。

2印刷後の製品欠陥や内部構造の観察<br /> 粉末の品質と、造形プロセス中に粉末がどのように分散されるかによって、製品構造内に空隙や材料の不純物が形成される可能性があります。 ZEISS 光学顕微鏡で製品の品質をチェックしたり、高解像度 X 線顕微鏡で内部構造をチェックすると、プロセスパラメータの影響を判断し、最適な製品品質を実現するためのプロセスパラメータをより迅速に定義するのに役立ちます。

√ 光学顕微鏡を使用して製品の表面の特徴をクローズアップで観察すると、部品の品質やプロセスパラメータに潜在的な欠陥があるかどうかがわかり、微小亀裂や剥離の原因をより深く理解できるようになります。

√ 積層造形により、これまでにない設計の自由度が実現し、複雑な内部構造が可能になります。高解像度の X 線顕微鏡により、これらの構造を独自に視覚化し、潜在的な内部欠陥を分析することができます。

√ X 線顕微鏡検査は、ビルドの整合性に関する独自の視点を提供し、3D 印刷プロセスの最適化に大きく役立ちます。部品のスキャン画像は任意の方向で断面化でき、CAD 標準図面と比較できます。

3. 印刷後の製品材料の品質検査<br /> 従来の製造方法とは異なり、積層造形プロセスでは製造プロセス中に粉末を溶かす必要があります。したがって、融点などのプロセスパラメータは結晶構造と部品の性能に大きな影響を与えます。

√ 光学顕微鏡を用いて、短焦点レーザービームで溶融した粒子の構造形態を特徴付ける

△AlSi10Mgの構造方向に沿った断面

√ 走査型電子顕微鏡と電子後方散乱回折 (EBSD) を使用すると、結晶または多結晶材料の結晶学的特性評価と微細構造の研究を行うことができます。

△EBSD結晶方位マップ、単一粒子着色、目に見えるレーザー加工痕なし

√ 従来の製造と付加製造で使用される原材料。同じ材料でも結晶構造がまったく異なる場合があります。この違いは完成部品の機械的特性に大きく影響します。

△従来製造法と積層造形法によるAlSi10Mg構造の比較

4. 印刷後の製品表面品質検査<br /> 表面粗さは、部品の機械的品質と外観品質にとって重要です。積層造形された部品は非常に複雑で、アクセスできない隠れた内部構造を持つ場合があります。高相関光学プロファイロメータと高解像度 X 線顕微鏡を使用して、部品の内側と外側の両方で詳細な表面分析を実行します。

√ 光学共焦点顕微鏡は、ISO 試験規格を満たす部品表面の微細粗さを迅速に取得でき、X 線顕微鏡は、ISO 試験規格を満たす部品内面の微細粗さを取得できます。

△光学顕微鏡とX線顕微鏡による粗さ試験結果の比較

出典: ZEISS 工業計測

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