Hirox三维视频显微镜在3D打印检测中的应用

3D打印，又称增材制造（Additive Manufacturing），是一种跨学科交叉技术。而作为其核心的材料决定了成型工艺、设备结构和成型件的性能。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常，根据打印设备的类型及操作条件的不同，所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1～100μm不等，而为了使粉末保持良好的流动性，一般要求粉末要具有高球形度。

3D打印拥有很多优点的同时，肯定也有其缺点。并且，它的发展同样也面临着不少的挑战。3D打印存在着诸如强度不高、尺寸收缩、材料匮乏等缺陷。对此，有必要对影响强度、尺寸等因素的表面形貌、内部金相组织等因素进行探讨；此外，3D打印后的零部件往往需要经过表面后处理才能够最终作为产品运用，因此表面粗糙度的评估对零件的防护涂层附着性、摩擦磨损性能有着直接的影响。正因如此，3D打印材料及构件能否实现其数字化制造和“超材料”优势，3D结构的精细检测、结构特征数字化及打印过程中结构生成尺寸及缺陷的实时监控至关重要，亟待提供完整的解决方案。

Hirox（浩视）推出的最新款HRX-01三维视频显微镜，针对表面形貌和金相组织能够提供多种观察方式。三维视频显微镜技术在3D打印的材料表征、印后热处理和部件去除、缺陷检查、印后材料质量检验、尺寸和表面检验等方面都创建了全方面的解决方案可以提供材料表面的微米及亚微米级别的特征视图，为增材制造的质量检验、失效分析及材料研究方面提供准确的信息。

HRX-01三维视频显微镜的20~160倍/50~400倍的三维旋转变焦物镜，提供了360°三维动态旋转实时观察，而且旋转的方向和速度可以控制。能够在任何满意的角度和状态让旋转停下来，可以同轴放大观察微区或缺陷，特别是对于经纬交叉、结构性形貌、凹凸细节、添加物的表面分布、印后去除的工艺控制等方面有非常直观的图像识别帮助。在整个动态的过程中，可以录像或者拍照，为使用者提供了无与伦比的视觉感和观察体验，能够100%的获得材料或工件的形貌表征信息（图2）。

图2 三维动态旋转观察各个角度的情况

微区3D形貌的重构对于3D打印来说，有着非常重要的意义。可以帮使用者进行精准的3D建模和3D测量，在空间上获得Z向更多的数据信息，比如高度、深度、面积、体积、角度等。HRX-01三维视频显微镜在Z向提供了50nm的步进精度，最小设置步进可以到0.5μm，对需要观察的区域进行精准建模（图3）。

图3  3D建模和3D测量

同时，还能够非常方便的获得三维形貌图（以颜色表征高度，红高蓝低），让使用者有更直观的观察（图4）。

                          图4  三维形貌图

在显微镜的使用中，根据材料的特性不一样，选择不同的照明方式（图5）能够获得不同的观察效果，为使用者能够提供最佳的图像质量识别，这对于3D打印实现后期图像自动化识别来说特别关键（未来的发展方向）。

印后材料的处理及表面粗糙度评价，对于最终的产品质量来说尤为关键。在浩视的HRX-01三维视频显微镜系统的选配件中，有进阶型的NPS（光谱共聚焦，图6）的选择，让显微镜与计量仪器紧密结合，获得剖面与多个剖面，让轮廓粗糙度（Ra）和表面粗糙度（Sa）的精确测量变得特别简单而精准，所有的测量数据均符合ISO25178标准。

图6 Hirox三维视频显微镜+NPS

NPS测试实例

对于3D打印使用者选择原材料来说，Hirox（浩视）还提供了桌上型扫描电镜（最高10万倍），让使用者对粉末的质量进行控制。

从粉末到性能，从硬件到软件，Hirox（浩视）通过整体质量检验和关联为使用者提高3D打印的产量和质量。

文末，特别感谢芦艾^＊研究员及其团队的帮助指导和支持！

注：芦艾，工学博士，中国XXXX研究院化工材料研究所研究员。中国XXXX研究院 “特等劳模”，并入选该院“双百人才人选”，获“邓稼先青年科技奖”、军队科技进步三等奖和绵阳市科技进步二等奖各一项。主要从事高性能树脂基复合材料设计、制备及材料流变学方面的研究工作。主持了国防预研课题、国家自然科学基金，XX院科技基金、工信部军用技术推广项目等十余个课题。在国内外期刊上发表学术论文80余篇，其中SCI收录20余篇。申请发明专利5项，授权2项。