SEM による付加製造プロセスの改善

積層造形においては、製品の品質管理と製品表面の欠陥の検出が非常に重要です。しかし、私たちは積層造形メーカーとして、あまり時間をかけずに AM プロセスを改善したいと考えています。世界初の工業用金属積層造形システム専用機器メーカーである Additive Industries 社も、同じ課題に直面していました。彼らはこの障害を回避し、Phenom デスクトップ走査型電子顕微鏡を使用して品質管理を改善しました。

表面欠陥を検出するための走査型電子顕微鏡（SEM） <br /> 現在、AM メーカーは製品特性評価技術として走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用しています。走査型電子顕微鏡 (SEM) は高解像度の画像を提供するため、ユーザーは AM プロセスで製造されたコンポーネントの表面品質を注意深く検査できます。走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用すると、製品の機械的性質や耐久性に影響を与えることが多い製品の表面欠陥を明らかにすることができます。

チタン合金などの一部の材料の場合、従来の製造プロセスと比較して、AM を使用して同じ特性を持つ高密度部品を製造することは非常に困難です。走査型電子顕微鏡 (SEM) は、AM 最終製品検査において非常に有用な特性評価手法です。

積層造形用粉末のSEM分析<br /> ただし、走査型電子顕微鏡 (SEM) は、最終製品の検査に役立つだけでなく、AM プロセスで使用される原材料の特性評価にも役立ちます。付加製造は主に、さまざまな粉末を焼結する粉末ベースの技術です。積層造形の本質は、コンピュータ支援設計ソフトウェア（CADなど）を使用して特定の加工スタイルのデジタルモデルファイルを生成し、さまざまな金属粉末やプラスチック、セラミック、複合材料などの可塑性が高い材料を使用してモデル図面に従って加工することです。

使用されている金属粉末を詳しく見てみると、多くの金属がすでに積層造形プロセスで使用されていることがわかります。ステンレス鋼、コバルト、ニッケル、チタン、アルミニウム、鉄、アルミニウム銅ベースの合金が使用されており、そのリストは常に増え続けています。

AM メーカーは金属粉末の多くの特性に関心を持っています。サイズ（1～数百ミクロン）は、粒子の均一な分布を確保するために非常に重要な特性であり、製品の性能と潜在的な用途に影響します。形状（球形粒子が最適）は、粒子の充填、流動、コーティング能力に影響します。多孔性は材料の機械的強度に影響します。

ほとんどの場合、粉末の上記の特性は注意深く検査する必要があり、高度に均一な分布が求められます。

SEM と粒子特性評価<br /> 前述のように、走査型電子顕微鏡 (SEM) は、AM プロセスで製造された製品の表面を画像化し、特性を評価するために使用されます。また、粉末材料の特性評価には、Phenom電子顕微鏡が開発した粒子統計解析測定システム（ParticleMetric）などの専用ソフトウェアを使用することもできます。

図 1: ParticleMetric ソフトウェアのスクリーンショット。左側は走査型電子顕微鏡（SEM）で検出された粒子を示しています。右側には、検出結果、そのプロパティ、および粒子属性を含む生成されたグラフが表示されます。

このソフトウェアは、SEM サンプル上に存在する粒子を自動的に検出し、サイズ、形状、円形度、アスペクト比などの最も重要な物理的特性のいくつかを測定することで、粒子を正確に特性評価できます。これらの物理的値は、多数の粒子の検査と分析を必要とするため、これらの自動化された特性評価プロセスは非常に重要であり、テスターの作業効率を効果的に向上させることができます。

さらに、SEM にはエネルギー分散型 X 線分光計 (EDX) を装備して、粉末材料の化学的特性を調べることもできます (EDX テクノロジーの詳細については、こちらをご覧ください)。走査型電子顕微鏡 (SEM) の EDX プローブを AM プロセスに適用することで、オペレーターはサンプル内に存在する元素を正確に検出し、定量化できます。

SEM イメージングを使用して製品表面を検査し、専用の粒子統計分析システムを使用して粉末材料の物理的特性を測定し、EDX 技術を使用してその構成要素を検出して定量化することで、SEM が AM プロセスで使用される製品および材料の特性評価要件を完全にカバーできることは明らかです。

出典: Phenom電子顕微鏡

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