全球增材制造技術(shù)的應(yīng)用格局圖

增材制造（Additive Manufacturing，AM），又稱為3D打印、快速制造、層間制造，是一種基于離散-堆積原理的制造技術(shù)。增材制造通過軟件生成3D模型并進(jìn)行分層，以激光或電子束作為能量源將根據(jù)分層后形狀尺寸確定的掃描路徑進(jìn)行加工，待一層完成加工后將繼續(xù)加工下一層，逐層累積直至得到完整零部件。

增材制造最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)八十年代，起初用于制作產(chǎn)品外觀模型，但材料僅限于塑料。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)可用于制造各種金屬零部件，甚至應(yīng)用于航空航天、汽車制造和工業(yè)生產(chǎn)中。制備金屬零部件的增材制造技術(shù)稱為金屬增材制造技術(shù)，其制造工藝主要包括納米粒子噴射（Nano Particle Jetting, NPJ）、激光選區(qū)熔化技術(shù)（Selective Laser Melting, SLM）、激光選區(qū)燒結(jié)成形（Selective Laser Sintering, SLS）、激光熔覆成形技術(shù)（Laser Metal Deposition, LMD）和電子束熔化技術(shù)（Electron Beam Melting, EBM）等。

增材制造的主要優(yōu)勢之一是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)。然而，這種設(shè)計(jì)自由度極可能伴隨著妥協(xié)，因?yàn)樵绞清e(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)越難進(jìn)行質(zhì)量檢查。其產(chǎn)品仍有很多方面需要改進(jìn)提升。首先，大部分使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品外觀不能與傳統(tǒng)工藝方法制造出的產(chǎn)品相媲美，部分零件質(zhì)量和性能達(dá)不到預(yù)期要求，而且產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和制造工藝的重復(fù)性也同樣較低。

造成這一結(jié)果的原因很大程度上是由于缺乏在線監(jiān)測技術(shù)或者在線監(jiān)測技術(shù)不可靠穩(wěn)定，因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測將難以對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，從而降低了生產(chǎn)效率。因此增材制造過程中的在線監(jiān)控技術(shù)成為了當(dāng)前提升增材制造技術(shù)優(yōu)勢的熱點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。

增材制造作為一個(gè)日益規(guī)范化的生產(chǎn)方式，其系統(tǒng)性正日益完善，要建立更加系統(tǒng)的在線監(jiān)測方法，與增材制造生產(chǎn)過程能更好的相互配合，形成完善統(tǒng)一的閉環(huán)，加速增材制造走向量產(chǎn)以及在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

工業(yè)CT可作為數(shù)據(jù)工具，用戶可以測試材料并事先進(jìn)行材料模擬。這將解決許多這類問題并優(yōu)化制造工藝。

工業(yè)CT是工業(yè)用計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)的簡稱，它能在對(duì)檢測物件無損傷條件下，以二維斷層圖像或三維立體圖像的形式，清楚、精確、直接地展現(xiàn)被檢測物件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組成、材質(zhì)及缺損情況，被稱作如今最好無損檢測技術(shù)。

X射線工業(yè)CT設(shè)備的三個(gè)主要組件是X射線源，旋轉(zhuǎn)控制臺(tái)和探測器。

X射線源到探測器的距離和X射線源到掃描目標(biāo)的距離決定了CT掃描的幾何放大率以及3DCT部件模型的體素大小。X射線設(shè)備產(chǎn)品家族中提供的可變X射線源到探測器距離的運(yùn)用，對(duì)于產(chǎn)品檢測中獲得精確數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

工業(yè)CT掃描的輸出是部件的3D模型，在此模型上可以執(zhí)行非常精確的測量，而不需要任何形式的接觸，切割或破壞。CT還可以對(duì)材料進(jìn)行在線檢查并識(shí)別內(nèi)部缺陷，例如空隙，裂縫等。在檢測復(fù)合材料時(shí)，CT還可以在線檢測用作分層識(shí)別。

在線檢測技術(shù)已被增材制造工廠廣泛作為一種無損檢測工具，但是從增材制造整個(gè)工藝鏈來看，CT掃描可以提供更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)與信息，在整個(gè)增材制造工藝過程中提供幫助。包括：

• 對(duì)零件和原型進(jìn)行無損檢測以及研發(fā)

• 仿真模擬時(shí)，驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)和性能

• 為設(shè)計(jì)概念符合預(yù)期提供證據(jù)

• 快速準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)，有助于高效進(jìn)行分析編程

在線檢測技術(shù)能夠幫助制造商解決增材制造商面臨最具挑戰(zhàn)性的無損檢測問題。

1. 在線識(shí)別熔融金屬增材制造工藝的典型缺陷，例如孔隙率、缺乏融合、球化（來自液態(tài)金屬的表面張力）、過度的表面粗糙度和微觀結(jié)構(gòu)問題等，減少時(shí)間，提高生產(chǎn)力。

2. 在線查看零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用于工業(yè)CT掃描的軟件程序支持從CT數(shù)據(jù)集中進(jìn)行測量渲染。

3. 在線檢測增材制造零件密度變化、嵌入特征、有機(jī)部件設(shè)計(jì)、異種金屬或材料等。

4. 增材制造用戶能夠以不損壞零件的方式，對(duì)零件內(nèi)部進(jìn)行可視化檢測。

• 航空航天等工業(yè)精密零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量及其缺陷的檢測；
  

• 兵器工業(yè)中對(duì)彈藥填充密度的檢測和武器關(guān)鍵部件的質(zhì)量檢查；

• 汽車工業(yè)中對(duì)關(guān)鍵零件的無損檢測；

• 鋼鐵工業(yè)中產(chǎn)品的在線監(jiān)控和質(zhì)量檢測；

• 油鉆探中對(duì)巖芯的評(píng)估，鉆桿和管道的探傷；

• 地質(zhì)、考古中對(duì)樣品的評(píng)估；

• 海關(guān)對(duì)違禁、走私物品的檢查等。