根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，隨著增材制造技術(shù)變得越來越復(fù)雜，并且在生產(chǎn)用于關(guān)鍵應(yīng)用的最終用途零件方面越來越可行，不可避免地會(huì)出現(xiàn)新的問題和挑戰(zhàn)。

一旦增材制造流程得到驗(yàn)證，增材制造企業(yè)和采用行業(yè)就必須考慮如何確保該流程具有可擴(kuò)展性和行業(yè)就緒性。通常，當(dāng)業(yè)界談?wù)撨@個(gè)話題的時(shí)候，關(guān)注的更多的是后處理的可擴(kuò)展性和對(duì)更高工作流程自動(dòng)化的需求。但還有另一個(gè)難題必須解決：零件測(cè)試和鑒定。

Theta

非線性、更精確、更快

根據(jù)3D科學(xué)谷，檢測(cè)對(duì)于增材制造行業(yè)的作用在逐漸顯現(xiàn)，不僅是檢測(cè)的價(jià)值還有大數(shù)據(jù)的價(jià)值，這對(duì)于產(chǎn)品從質(zhì)量管理（輸入端的原材料，加工過程，加工結(jié)果，后處理的最終產(chǎn)品）到對(duì)工藝的理解和提升（通過數(shù)據(jù)相關(guān)性的分析，人工智能對(duì)檢測(cè)以及其他數(shù)據(jù)的處理），再到后期的認(rèn)證（怎么通過航空，汽車等領(lǐng)域的各種認(rèn)證），檢測(cè)正在發(fā)揮增材制造的生命線的作用。

增材制造無損檢測(cè)

3D科學(xué)谷白皮書

快速、無損、原位

此前，3D科學(xué)谷在《從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，CT 檢測(cè)在增材制造工藝鏈中發(fā)揮什么作用？》一文中分析了對(duì)于增材制造而言，查看零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力至關(guān)重要。無損檢測(cè)技術(shù)可以幫助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。

無損檢測(cè)的方法不僅僅局限于材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)與表征，還可實(shí)現(xiàn)材料的密度、彈性參數(shù)、孔隙率、殘余應(yīng)力分布以及其內(nèi)部各種非連續(xù)性等方面的無損測(cè)試與表征；整個(gè)過程可實(shí)現(xiàn)快速、無損、原位的結(jié)果，對(duì)縮短材料的研發(fā)與生產(chǎn)周期和成本有積極意義。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，無損檢測(cè)技術(shù)正在出現(xiàn)更多的檢測(cè)手段。Theta Technologies 是一家總部位于英國(guó)的專門從事無損檢測(cè) (NDT) 的公司，正在向市場(chǎng)推出一種稱為非線性聲學(xué) (NLA) 的新測(cè)試工藝，該技術(shù)可以幫助制造商自信地實(shí)施 AM增材制造來生產(chǎn)關(guān)鍵部件。

Theta 的非線性聲學(xué)

非線性聲學(xué)技術(shù)是一種無損檢測(cè)方法，可以使用可聽和超聲波頻率快速且經(jīng)濟(jì)高效地檢測(cè) 3D 打印部件中的缺陷或不一致。根據(jù) Theta 的說法，他們基于 NLA 的專利技術(shù)能夠檢測(cè)小于一毫米的裂縫、分層和蠕變，無論打印組件的復(fù)雜程度如何。

據(jù)稱，Theta Technologies 在幾秒鐘內(nèi)提供準(zhǔn)確的通過/失敗結(jié)果，顯著提高了金屬增材制造生產(chǎn)過程的效率，此外，NDT 解決方案操作簡(jiǎn)單，無需高技能操作員在場(chǎng)即可進(jìn)行測(cè)試，有助于降低過程中的成本。

Theta

但是這個(gè)過程是如何工作的？底層的技術(shù)邏輯來自于所有組件都具有獨(dú)特的聲學(xué)特征，這受材料以及組件特征的形狀和大小的影響。Theta利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即當(dāng)改變刺激時(shí)，有缺陷的組件的聲學(xué)特征會(huì)發(fā)生變化，而無缺陷樣本的特征會(huì)保持不變。因此，我們可以檢測(cè)樣品中缺陷的非線性響應(yīng)。

換句話說，該過程使用聲波以線性刺激來激發(fā)零件。如果零件有任何內(nèi)部裂縫或缺陷，它將發(fā)回非線性響應(yīng)。這種測(cè)試技術(shù)可以以不同的方式用于快速分析結(jié)構(gòu)的整體完整性或生成零件結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖片和任何可能的不一致。

Theta 的非線性聲學(xué)技術(shù)不同于線性聲學(xué)測(cè)試過程。存在三個(gè)關(guān)鍵差異：NLA 忽略了組件之間的尺寸差異，消除了零件尺寸部分變化的風(fēng)險(xiǎn)；也不受表面缺陷的影響，使 3D 打印部件能夠在拋光前進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試；并且它不需要“已知良好”來識(shí)別零件中的故障。

Theta 有兩個(gè)主要的 NLA 測(cè)試系統(tǒng)，以不同的方式工作以識(shí)別組件中的缺陷，非線性共振 (NLR) 系統(tǒng)一次激發(fā)整個(gè)組件，并報(bào)告一個(gè)‘損壞指數(shù)’，快速顯示組件內(nèi)任何位置的缺陷響應(yīng)。掃描 NLA 系統(tǒng)使用局部聲學(xué)信號(hào)生成零件圖像，顯示與缺陷相對(duì)應(yīng)的高非線性響應(yīng)區(qū)域。對(duì)于形狀往往非常復(fù)雜的增材制造零件，NLR 系統(tǒng)更加適用，因?yàn)檫@種技術(shù)不依賴于表面光潔度，并且可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)區(qū)分缺陷和復(fù)雜的內(nèi)部細(xì)節(jié)。

Theta Technologies 目前正準(zhǔn)備在市場(chǎng)上推出其基于 NLA 的解決方案。第一款產(chǎn)品預(yù)計(jì)于 2022 年 6 月推出；第二個(gè)完整的 NLA 掃描系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將在 9-12 個(gè)月后發(fā)布。

非常適合 AM增材制造

雖然不是專門為增材制造而設(shè)計(jì)的，但 Theta 的 NLA 技術(shù)非常適合增材制造，并且與其他 NDT無損檢測(cè)方法（如染料滲透檢測(cè)和 X 射線）相比具有某些優(yōu)勢(shì)。這主要是因?yàn)?NLA 可以快速識(shí)別最復(fù)雜結(jié)構(gòu)中最小的不一致。

根據(jù)Theta ，雖然傳統(tǒng)的超聲波或染料滲透技術(shù)理論上可以用于更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，但幾何和表面光潔度問題使得這在實(shí)踐中非常具有挑戰(zhàn)性。對(duì)于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，目前主要有 X 射線 CT、目視檢查或功能測(cè)試（例如壓力測(cè)試）有實(shí)際應(yīng)用，但即便如此，這些檢測(cè)手段可能對(duì)可能至關(guān)重要的較小缺陷不敏感。有時(shí)候X 射線 CT 非常耗時(shí)，并需要對(duì)輻射安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。

Theta

Theta 的技術(shù)還兼容多種增材制造材料，包括金屬、陶瓷、復(fù)合材料，甚至一些高分子塑料材料。Theta的技術(shù)在通過一系列增材制造技術(shù)生產(chǎn)的金屬部件上表現(xiàn)良好：目前已將其應(yīng)用于激光粉末床熔化LPBF、線弧和基于粘結(jié)劑噴射BJ的樣品。

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，目前NLA 技術(shù)特別適合測(cè)試由金屬制成的薄壁零件。譬如用來檢測(cè)薄壁金屬增材制造組件包括增材制造熱交換器?？梢酝ㄟ^簡(jiǎn)單的一分鐘測(cè)試來識(shí)別其中的缺陷。據(jù)悉，對(duì)于關(guān)鍵航空航天或汽車應(yīng)用中的熱交換器，目前X 射線 CT 或壓力測(cè)試可以識(shí)別大缺陷，但可能會(huì)漏掉較小的缺陷。

在某些情況下，Theta 的 NLA 技術(shù)可以與其他 NDT 過程結(jié)合使用，例如 X 射線 CT 掃描。這將使用戶能夠快速且經(jīng)濟(jì)地評(píng)估哪些部件應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下一輪測(cè)試，這會(huì)節(jié)約更多時(shí)間。