X射線斷層成像（X-Ray Computed Tomography）是一種影像診斷學的檢查。這一技術曾被稱為電腦軸切面斷層影像（Computed Axial Tomography）。 X射線斷層成像是一種利用數位幾何處理後重建的三維放射線影像。

    近幾年來，斷層攝影也到了微米的等級，而如今，國外將這一技術用到了金屬3D打印產品的檢測中。接下來，讓我們一起去看看那些關于金屬打印質量檢測與監測的那些事兒，并領略國際上最前沿的檢測技術是怎么樣的。

    3D打印制品在制備和使用過程中，某些缺陷的產生和擴展是無法避免的。根據3D打印材料中缺陷形成的不同特征，根據《無損檢測》雜志，上海材料研究所助理工程師凌松歸納出3D打印中產生缺陷的主要原因有兩方面：

    ① 材料特性導致的缺陷，它由材料特性導致的無法通過優化3D打印特征參數予以解決的缺陷，主要為氣孔；

    ② 特征參量導致的缺陷，即在3D打印中，由于工藝參數或設備等原因導致的缺陷，可以稱之為特征參量導致的缺陷，主要有孔洞、翹曲變形、球化、存在未熔顆粒等。

    根據研究，在金屬融化過程中，每個激光點創建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結構，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結構。

    為了融化粉末，必須有充足的激光能量被轉移到材料中，以熔化中心區的粉末，從而創建完全致密的部分，但同時熱量的傳導超出了激光光斑周長，影響到周圍的粉末。當激光后的區域溫度下降，由于熱傳導的作用，微型熔池周圍出現軟化但不液化的粉粒。

    根據上海材料所凌松，無損檢測的方法不僅僅局限于材料內部缺陷的檢測與表征，還可實現材料的密度、彈性參數、孔隙率、殘余應力分布以及其內部各種非連續性等方面的無損測試與表征；整個過程可實現快速、無損、原位的結果，對縮短材料的研發與生產周期和成本有積極意義。凌松對3D打印制品無損檢測的展望如下：

    （1）3D打印的原材料檢測

    3D打印的原材料為粉體或絲材，其形態與傳統板材、棒材、鍛件等有較大區別；因此，其理化特性的測試檢驗項目與傳統減材加工技術的原材料有很大的不同，諸如力學性能、金相組織等項目無法進行。除化學成分分析外，粉體材料應著重關注其粒度、粒度分布、形貌及顆粒中的空隙等參量。

    （2）3D打印制品的超聲檢測

    例如在制備過程中使用超聲檢測來實時監控3D打印制品中殘余應力的分布，防止其翹曲和開裂；在產品的研發階段，使用超聲檢測結合數字計算機技術可以為制品提供其相應的密度、彈性參數、孔隙率，指導產品研發工藝的提高與升級，為制備出樣品出更高質量的3D打印制品發揮出“燈塔”作用。

    由于3D打印材料晶界組織的微小化，必須對超聲檢測的相關條件進行提高和拓展，超聲檢測走向高頻化和定量化的趨勢將更加明顯。

    （3）3D打印制品的射線檢測

    射線檢測對于復雜構件的檢測有著天然的優勢，基于這一點上，射線在3D打印制品的檢測上必將承擔更加重要的角色，未來，配合高分辨率的工業CT和DR技術，射線檢測在3D打印的發展中將發揮更大的作用。

    在檢測工藝上，需要充分結合樣品的制造工藝，針對其特殊性構建出一套與之匹配的檢測方法和體系。在使用和驗收等級方面，需要考慮到其微觀組織的特殊性，調整各個方面的驗收參數。

    （4）3D打印材料微區的無損評估

    為了確保3D打印制品的可靠性，研究和制備過程中需要充分地分析3D打印制品的材料性能以及進一步了解材料微區的結構和性能、微區再結晶、Kirkendall空穴、成形過程內應力演化行為規律、內部組織形成規律、內部缺陷和損傷形成機理。因此，發展分辨率優于微米量級的微米、納米尺度上的無損評估技術，進行材料微區的力學、電學、磁學和熱學等特性的三維成像和評估，是聲學和其它學科共同的任務。

    （5）3D打印制品的早期損傷評估

    3D打印制品的早期損傷評估也將是無損檢測技術發展的一個方向，作為制造過程和狀態預測的一部分，損傷評估技術直接影響到整個裝備系統的安全運行。這就要求我們在現有的基礎上開發出穩定性和靈敏度更高的儀器與設備，并實現遠程評價。

    對于上述凌松提到的第5條中的早期損傷評估，即金屬打印過程中質量控制。無疑，最好的質量控制是過程中控制，但是對于打印結果的檢測仍是必不可少的。而令人頭疼的問題是，現今的無損探傷檢測技術對于金屬3D打印結果來說，并不是萬能的，一個顯著的問題是對于比較簡單的產品設計，現在的NDE方法是沒問題的，但是隨著產品的復雜化，現在的NDE方法遇到了極大的挑戰。

    概括來說，當前NDE的局限性體現在

    - 難以檢測復雜設計

    - 缺乏對關鍵缺陷類型和大小的定義

    - 物理檢測參考標準缺乏

    - 缺乏書面檢查程序

    - 缺乏檢測數據的概率統計

    根據研究，對于金屬增材制造的復雜性可以區分為五個層面：1 簡單的零件、2 優化的零件、3 帶有嵌入式設計的零件、4 為增材制造設計的零件、5 復雜的胞元結構零件。

    在這方面，賓州大學將現今的檢測方式針對這五個層面的檢測有效程度做了分析。我們可以看到在第5個層級上只有X射線顯微CT（X-ray Micro CT）是有效的檢測手段。

    為了達到對復雜零件的檢測，賓州大學采取了計算機X射線斷層成像（X-Ray Computed Tomography）檢測技術，該技術不僅被用于打印零件的檢測，還被用于后處理零件的檢測。

    這其中，GE也將計算機X射線斷層成像技術用于其著名的噴油嘴的檢測中，從圖片上我們可以看到經過熱等靜壓的后處理工藝，GE改進了產品的內部晶體結構，并提高了產品的抗疲勞性能。

    通過實現對復雜零件的檢測，當前的增材制造行業有望將過程中加工參數與模型結構以及零件機械性能建立有效的相關性分析，隨著材料特征數據庫的建立，以及對加工過程中幾何形狀特征與重要的工藝變量之間關系的理解，未來我們將有望建立增材制造領域的知識專家系統，從而將金屬增材制造推向另一個高度。