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SEM指的是掃描電子顯微鏡,簡單說就是一種能把物體放大到高倍數的“超級放大鏡"。它通過發射電子束掃描物體表面,收集反射回來的電子信號形成清晰圖像,能讓我們看到肉眼和普通顯微鏡看不到的微觀細節,比如微米級的顆粒、裂紋等,這也是它能在增材制造中發揮重要作用的核心原因。憑借這種強大的微觀觀測能力,SEM在增材制造領域的質量檢測環節中,發揮著不可替代的關鍵作用,這也是它能在增材制造中占據重要地位的核心原因。
1.檢測成品表面缺陷
增材制造(也就是我們常說的3D打印)的成品,必須做好嚴格的質量把控——畢竟哪怕是很小的瑕疵,都可能影響零件的使用可靠性(比如用在機械上的零件,小裂紋可能導致斷裂)。而SEM因為能看清極細微的結構,正好適合用來檢查3D打印零件的表面質量,比如有沒有裂紋、有沒有夾雜其他雜質等。
這里要提一個SEM里常用的功能:BSE成像(背散射電子成像),它能“看穿"零件內部的不同結構就行。比如把打印好的零件切成橫截面,用BSE成像就能看出,在打印時高溫變化過程中,零件內部不同成分、不同密度區域的分布情況。
除了BSE,SEM上還配有SE探測器(二次電子探測器),它和BSE一樣能拍出零件表面的清晰圖像,幫我們找到孔隙、裂紋和雜質;另外還有EDS檢測器,這個功能更實用,能直接分析出零件上某一點的元素組成——比如零件斷了,用EDS就能查出斷裂處的成分變化,從而更準確地判斷斷裂或磨損的原因。
2 檢測增材制造原料粉末
SEM不只能檢查成品,還能幫我們把關3D打印的“原材料"——也就是打印用的粉末。大部分3D打印技術都靠粉末來成型,比如金屬3D打印常用的粉末就有不銹鋼、鐵、鎳、鈷、鋁、鈦合金等。想要打印出高質量的產品,這些粉末的“品質"必須達標,而SEM就是判斷粉末是否合格的關鍵工具。
具體要檢查粉末的這幾個核心指標,都能用SEM看清:
1. 尺寸:粉末顆粒的大小通常在1到幾百微米之間。顆粒大小均勻與否,直接影響打印時粉末的分布效果,進而影響成品的性能和用途。
2. 形狀:粉末顆粒是球形的。球形顆粒能像滾珠一樣順暢流動、緊密堆積,打印時能均勻鋪在打印臺上,保證打印精度;如果顆粒是不規則的,就容易卡住、堆積不均。
3. 孔隙率:就是粉末顆粒內部有沒有小孔。這些小孔會影響成品的化學成分和機械強度——比如孔隙多的粉末,打印出來的零件可能更脆、容易壞。
另外要注意,3D打印用剩的粉末通常會回收再利用,但回收過程會改變粉末原本的大小和形狀,還可能讓小顆粒粘在一起形成“團聚體"。用這種回收粉末打印,容易在成品里形成孔隙,降低打印質量。而SEM就能清晰看出回收粉末的變化,幫我們判斷這些回收材料還能不能用。
