【数据准备】利用CT（计算机断层扫描）提高金属3D打印质量

质量是当下增材制造行业关注的热点，企业正通过大力投资数字化解决方案来改进质量。过去的几年里，在技术和经济效益方面我看到了很多的进步，但每个专业的金属3D打印工程师都知道，我们还有不少问题需要解决，才能够对复杂部件的质量进行认证。

在本文中，我想与大家分享一个我们Materialise在探索的最新案例，关于涡轮增压机叶轮的3D打印。涡轮增压机通常用于提高诸如汽车上的内燃机（ICE）的效率和功率输出。涡轮增压机通常包含安装在公共轴上的两个叶轮：其中一个叶轮用作涡轮，而另一个叶轮用作压缩。

为金属部件寻找正确的工艺参数

在运行过程中，叶轮高速旋转并处于高温下，出现疲劳是一个很现实的问题。采用增材制造设计的部件相比铸造部件质量更轻，能实现叶轮更高的转速和更好的性能。最小化孔隙率并实现具备严格几何公差的精准制造对于确保部件的长期运行至关重要。

在用3D打印制造叶轮时，我们需要明确两个目标：

第一个目标是最大限度地减少打印过程中的热形变，并确保部件的对称性。不对称的叶轮会导致效率降低，在最坏的情况下还可能造成灾难性的损坏。

第二个目标是保持低孔隙率；我们的目标是让叶轮的密度高于99.9％。这对于做过减重优化的零件尤为重要，因为相对来说孔隙率对疲劳寿命影响更大。

为了实现3D打印叶轮的这些质量目标，我们与Volume Graphics合作，该公司提供对X射线计算机断层扫描（CT）数据进行分析和可视化的软件。CT是一种非破坏性成像技术，可以提供被测量部件尺寸（例如大小、形状、表面质量）和材料结构（例如孔隙率、杂质、缺陷）的信息。因此，CT是检查3D打印部件的理想选择。在与Volume Graphics的合作中，我们使用CT快速可靠地获取正确的AM工艺参数。我们还基于研究成果设计了专门的工作流程。

加速3D打印工作流程

优化叶轮3D打印的工作流程如下：

1、通过Magics仿真模块，模拟打印过程

2、基于仿真结果优化摆放角度和支撑位置

3、使用过往经验来调整通用参数集（基于最小化简单立方体的孔隙度）。选择了三个调整后的参数集。

4、根据每个参数集打印一个叶轮。对叶轮进行CT扫描，然后使用Volume Graphics的VGSTUDIO MAX软件确定扫描部件的尺寸与原始工程设计的偏差，计算部件孔隙度并找出缺陷。

左 - Magics视图下带有支撑结构的叶轮

中 - 在Magics仿真模块中模拟得到的尺寸偏差

右 - 通过Volume Graphics使用VGSTUDIO MAX软件获得的CT数据与原始工程设计的实际对比

CT扫描对部件尺寸的评估证实了Magics 仿真模块所预测的尺寸偏差，这表明我们成功实现了部件内的对称性。