3D-рентгеновская микроскопия для неразрушающего контроля и исследования внутренней трехмерной структуры материалов и готовых изделий

Современные инновационные и надежные решения в области материаловедения дают возможность современным ученым разрабатывать новые высокотехнологичные материалы, а промышленным предприятиям выпускать высококачественную продукцию для промышленного роста и технологических изменений. Такие материалы, как полупроводники, металлы, композиты, углерод или высокотехнологичная керамика находятся сегодня на передовых позициях приборостроения. Современные компании, производящие контрольное и аналитическое оборудование, предлагают высокоэффективные решения для тестирования материалов и исследований их параметров.

Лидером в области комплексных решений для материаловедения является компания Bruker (США). Комбинация различных физических методов дает возможность получить полную информацию о материале или объекте с самым высоким разрешением. А трехмерная рентгеновская микроскопия дает уникальную возможность неразрушающего изображения внутренней трехмерной структуры образцов. Основополагающим технологическим методом является микрокомпьютерная томография, технология неразрушающего формирования изображений, впервые разработанная Bruker. И на сегодняшний день Bruker предлагает уникальный портфель трехмерных рентгеновских микроскопов с разрешением до субмикронного уровня, охватывающий как приложения материаловедения, так и науки о жизни.

Портфолио 3D-рентгеновских микроскопов фирмы Bruker предлагает готовые решения для неразрушающего контроля и исследования материалов с получением 3D-изображения для широкого спектра промышленных и научных применений. Это включает в себя обнаружение дефектов при литье, механической обработке и изготовлении присадок, проверку сложных электромеханических узлов, фармацевтическую упаковку, современные медицинские инструменты, анализ пористости и размера зерен в геологических образцах и микроскопию на месте.

Некоторые результаты исследований, официально опубликованные на сайте Bruker, полученные с помощью 3D-рентгеновских микроскопов.

Рис.1. Литий-ионная батарея, объемная 3D модель, размер вокселя 900 нм (SKYSCAN 2214)

Рис.2. Полимер, армированный углеродным волокном, после испытаний на удар, размер вокселя 8 мкм (SKYSCAN 1272)

Рис. 3. 3D-реконструкция внутренней микроструктуры карбоната, объемная визуализация, цветовая карта локальных размеров пор, размер вокселя 20 мкм (SKYSCAN 1275)

Рис.4. 3D реконструкция шприца с колпачком, размер вокселя 8 мкм (SKYSCAN 1275)

Одной из последних разработок Bruker является высокопроизводительный 3D-рентгеновский микроскоп SKYSCAN 1273.  Это - новейший настольный 3D рентгеновский микроскоп, основанный на технологии микрокомпьютерной томографии.

Его особенности:

- установка образцов длиной до 500 мм, диаметром 300 мм и максимальным весом 20 кг, что является новым стандартом для неразрушающего контроля с использованием настольных приборов

- 0-130 кВ источник рентгеновского излучения
- 8-позиционное автоматическое устройство смены фильтра для автоматического выбора энергии
- GPU-ускорение для быстрой 3D-реконструкции
- усеченное сканирование с автоматическим сшиванием изображений больших размеров
- наилучшее качество изображения плоских структур благодаря спиральному сканированию и точной реконструкции
- до 4-х раз более быстрое сканирование объектов с высоким форматным соотношением сторон благодаря HART Plus

Лучшие в своем классе 3D-рентгеновский микроскоп SKYSCAN 1273 является мощным современным инструментом неразрушающего контроля поверхности и внутреннего объема материалов и изделий. Сочетание высокоэнергетического рентгеновского источника высокой мощности и крупноформатного плоскопанельного детектора с максимальной чувствительностью и скоростью обеспечивает отличное качество изображения всего за несколько секунд.

Все микроскопы SKYSCAN оснащены программным пакетом для реалистичной трехмерной визуализации отсканированных объектов с помощью объемного рендеринга, - программой «CTVox». Программа объемного рендеринга «CTvox» отображает набор реконструированных срезов в виде реалистичного 3D-объекта с интуитивно понятной навигацией и манипулированием как объектом, так и камерой, гибким инструментом обрезки для создания разрезов, выбора фона, включая пользовательские пейзажи, и интерактивного управления функцией передачи, настройкой цвета и прозрачности. Функция «регистратор полетов» позволяет быстро создавать анимации «летать вокруг» и «летать сквозь» на основе выбора нескольких ключевых кадров с автоматической интерполяцией между ними.

Автор:Верцанова Е.В., к.т.н., НТУУ КПИ, Кафедра микроэлектроники

e-mail: alena.vertsanova@gmail.com

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №1 2020г.стр.32-34