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根據(jù)3D科學谷的市場觀察，隨著增材制造技術變得越來越復雜，并且在生產(chǎn)用于關鍵應用的最終用途零件方面越來越可行，不可避免地會出現(xiàn)新的問題和挑戰(zhàn)。

一旦增材制造流程得到驗證，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展性和行業(yè)就緒性。通常，當業(yè)界談論這個話題的時候，關注的更多的是后處理的可擴展性和對更高工作流程自動化的需求。但還有另一個難題必須解決：零件測試和鑒定。

Theta

非線性、更精確、更快

根據(jù)3D科學谷，檢測對于增材制造行業(yè)的作用在逐漸顯現(xiàn)，不僅是檢測的價值還有大數(shù)據(jù)的價值，這對于產(chǎn)品從質量管理（輸入端的原材料，加工過程，加工結果，后處理的最終產(chǎn)品）到對工藝的理解和提升（通過數(shù)據(jù)相關性的分析，人工智能對檢測以及其他數(shù)據(jù)的處理），再到后期的認證（怎么通過航空，汽車等領域的各種認證），檢測正在發(fā)揮增材制造的生命線的作用。

增材制造無損檢測

3D科學谷白皮書

快速、無損、原位

此前，3D科學谷在《從設計到生產(chǎn)，CT 檢測在增材制造工藝鏈中發(fā)揮什么作用？》一文中分析了對于增材制造而言，查看零件內(nèi)部結構的能力至關重要。無損檢測技術可以幫助增材制造用戶能夠以不損壞零件的方式，對零件內(nèi)部進行可視化。

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

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

Theta 的非線性聲學

非線性聲學技術是一種無損檢測方法，可以使用可聽和超聲波頻率快速且經(jīng)濟高效地檢測 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 的專利技術能夠檢測小于一毫米的裂縫、分層和蠕變，無論打印組件的復雜程度如何。

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

Theta

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

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。這種測試技術可以以不同的方式用于快速分析結構的整體完整性或生成零件結構的詳細圖片和任何可能的不一致。

Theta 的非線性聲學技術不同于線性聲學測試過程。存在三個關鍵差異：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險；也不受表面缺陷的影響，使 3D 打印部件能夠在拋光前進行準確測試；并且它不需要“已知良好”來識別零件中的故障。

Theta 有兩個主要的 NLA 測試系統(tǒng)，以不同的方式工作以識別組件中的缺陷，非線性共振 (NLR) 系統(tǒng)一次激發(fā)整個組件，并報告一個‘損壞指數(shù)’，快速顯示組件內(nèi)任何位置的缺陷響應。掃描 NLA 系統(tǒng)使用局部聲學信號生成零件圖像，顯示與缺陷相對應的高非線性響應區(qū)域。對于形狀往往非常復雜的增材制造零件，NLR 系統(tǒng)更加適用，因為這種技術不依賴于表面光潔度，并且可以在不到一分鐘的時間內(nèi)區(qū)分缺陷和復雜的內(nèi)部細節(jié)。

Theta Technologies 目前正準備在市場上推出其基于 NLA 的解決方案。第一款產(chǎn)品預計于 2022 年 6 月推出；第二個完整的 NLA 掃描系統(tǒng)，預計將在 9-12 個月后發(fā)布。

非常適合 AM增材制造

雖然不是專門為增材制造而設計的，但 Theta 的 NLA 技術非常適合增材制造，并且與其他 NDT無損檢測方法（如染料滲透檢測和 X 射線）相比具有某些優(yōu)勢。這主要是因為 NLA 可以快速識別最復雜結構中最小的不一致。

根據(jù)Theta ，雖然傳統(tǒng)的超聲波或染料滲透技術理論上可以用于更簡單的設計，但幾何和表面光潔度問題使得這在實踐中非常具有挑戰(zhàn)性。對于更復雜的設計，目前主要有 X 射線 CT、目視檢查或功能測試（例如壓力測試）有實際應用，但即便如此，這些檢測手段可能對可能至關重要的較小缺陷不敏感。有時候X 射線 CT 非常耗時，并需要對輻射安全風險進行管理。

Theta

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

根據(jù)3D科學谷的了解，目前NLA 技術特別適合測試由金屬制成的薄壁零件。譬如用來檢測薄壁金屬增材制造組件包括增材制造熱交換器。可以通過簡單的一分鐘測試來識別其中的缺陷。據(jù)悉，對于關鍵航空航天或汽車應用中的熱交換器，目前X 射線 CT 或壓力測試可以識別大缺陷，但可能會漏掉較小的缺陷。

在某些情況下，Theta 的 NLA 技術可以與其他 NDT 過程結合使用，例如 X 射線 CT 掃描。這將使用戶能夠快速且經(jīng)濟地評估哪些部件應繼續(xù)進行下一輪測試，這會節(jié)約更多時間。