通过扫描电镜（SEM）改进增材制造加工工艺

增材制造中，产品的质量控制以及检测产品表面缺陷是至关重要的。但是，作为增材制造商，希望能够在不占用太多时间的情况下改善 AM 流程。 Additive Industries 是世界上第一家用于工业金属增材制造系统的专用设备制造商，面临同样的挑战 。 他们设法解决这个障碍，并利用飞纳台式扫描电镜来提高质量控制。

扫描电镜（SEM）检测表面缺陷

目前，AM 厂商使用扫描电镜（SEM）作为产品的表征技术。 扫描电镜（SEM）可以提供高分辨率图像，用户可以仔细检查 AM 工艺生产组件的表面质量。扫描电镜（SEM）的使用可以帮助揭示产品的表面缺陷，这些缺陷往往影响着产品的机械性和耐久性。

对于某些材料，如钛合金，与传统的制造工艺相比，利用 AM 制造出具有相同性能的密集部件是非常具有挑战性的。而扫描电镜（SEM）恰好是 AM 最终产品检测中非常有用的表征技术。

扫描电镜（SEM）分析增材制造粉末

然而，扫描电镜（SEM）不仅帮助检测最终产品，也可以对 AM 工艺中使用的原材料进行表征。增材制造主要是基于粉末的技术，包括烧结各种各样的粉末。增材制造的实质是通过计算机辅助设计软件（如CAD），将某种特定的加工样式生成一个数字化的模型文件，然后按照模型图用各类金属粉末或塑料、陶瓷和复合材料等可塑性高的物质进行加工。

如果我们把更多的关注放在正在使用的金属粉末上，将会看到许多金属已经用于增材制造工艺。不锈钢、钴、镍、钛、铝、铁和铝铜基合金已被使用，并且种类一直在增加。

AM 厂商对金属粉末的许多特性都非常关注。 尺寸（在 1 到几百微米的范围内）是一个能够确保颗粒均匀分布的非常重要的性质，这将影响产品的性能和其潜在应用。形状 （球形颗粒是最好的）影响颗粒的填充、流动涂覆能力。孔隙度，影响了材料的机械强度。

在大多数情况下，需要仔细检查粉末的上述特性，并且需要高度均匀的分布。

扫描电镜（SEM）和颗粒表征

如上所述，扫描电镜（SEM）对 AM 工艺制造的产品的表面进行成像和表征。 另外，对于粉末材料的表征，可以使用专用软件，例如由 飞纳电镜开发的颗粒统计分析测量系统（ParticleMetric）。

图1： ParticleMetric 软件的屏幕截图。左侧显示扫描电镜（SEM）中检测到的颗粒。右侧显示检测结果，它们的性质和生成具有颗粒属性的图形。

该软件可以自动检测扫描电镜样品上存在的颗粒，并通过测量几种最重要的物理性质，如尺寸，形状，圆度，长径比等来准确表征它们。这些物理数值需要检查和分析大量颗粒，因此这些自动执行的表征过程就显得非常重要，可以有效提高测试者的工作效率。

另外，扫描电镜（SEM）可以通过使用所配备的能量色散 X 射线光谱仪（EDX）检测粉末材料的化学特性（ 您可以在这里阅读更多关于 EDX 的技术）。将扫描电镜（SEM）的 EDX 探头应用于 AM 工艺中，操作员可以准确检测和量化样品中存在的元素。

显而易见，扫描电镜（SEM）可以完全覆盖用于 AM 工艺的产品和材料的表征要求：使用扫描电镜（SEM）成像检查产品表面，用专门的颗粒统计分析系统来测量粉末材料的物理特性，使用 EDX 技术来检测和量化它们的组成元素。