Why Industrial CT Scanning?

您可能听说过使用工业CT扫描，可能想知道采用它是否是您不断增长的制造业业务的正确选择。本文将介绍产品检验的现状、CT扫描与分析和可视化软件相结合带来的好处，以及采用这种更先进的方法可以带来的收益。

CT发明者 亨斯菲尔德

一、

您目前拥有的检测方法是否可以看见所有的缺陷？

CT数据分析软件提供了焊缝的“展开”视图

整个焊缝上的气孔和裂纹清晰可见

无论是发动机缸体还是印刷电路板上的焊点，制造商知道无论他们生产什么，他们都必须进行检查。基于视觉和激光的检测系统，光学测量仪，千分尺和各种量规-现在有广泛的计量和检验设备可以使用。但是，这些工具可能无法向用户提供有关产品的所有信息，因为他们无法始终接触到，甚至无法看到特定的零件特征，更不用说准确地识别材料本身的缺陷了。

一些无损检测（NDT）方法（如涡流和磁粉检测）可以检测浅层材料缺陷。通过对工件进行横截面的破坏性测试既昂贵又效果有限。当目标是达到最严格的质量控制规范时，需要一种更好的方法来深入了解内部零件，提取有关每个结构内部数据的详细、准确的数据，然后用于评估尺寸一致性、分析结构完整性、预测性能，甚至可以指导制造方法的改变。

二、

工业CT扫描和应用的介绍

体积网格允许用户从CT扫描中创建精确和高质量的四面体体体网格，用于第三方软件中的机械、流体、热、电和其他有限元模拟

实现这种质量控制水平的技术是存在的，它从工业CT扫描开始。这项技术也被称为三维计算机断层扫描，它通过处理多个X射线图像来获得被扫描物体的三维模型。

工业CT扫描所用的波长比X光检查骨折的波长短，能量更高，这意味着它们可以很容易地穿透致密材料，如木材、塑料、复合材料和金属。在X射线机对目标进行单侧成像而没有深度分辨率的情况下，工业CT扫描仪可以观察物体的所有侧面，并使用数学方法重建体积。由此产生的三维体积提供了其他技术无法提供的内部视图。

然而仅仅CT扫描并不能提供保证和记录产品质量所需的一切。如果没有正确的软件工具来分析和可视化扫描数据，那么世界上最好的扫描是不够的。

先进的分析和可视化软件，如VG提供的软件，提供的支持能力远远超过了CT设备本身的图像采集潜力：扫描数据的自动采集和分析、缺陷检测、测量功能（包括GD&T）、有限元网格划分工具——这些只是可用的CT数据分析软件功能，让用户能够完全简化质量保证的流程，并交付高质量的成品零件。

三、

快速了解CT扫描和软件如何协同工作

不管用户如何选择使用CT的能力来保证质量，对所涉及的过程进行简要回顾可能是有用的。

CT扫描和随后的关键数据分析的关键是体素。当X射线束的高能光子穿过目标时，一些被吸收，另一些被散射，但其余的则撞击到X射线源对面的探测器屏幕上。然后，它们根据被扫描材料的密度、厚度和衰减值，激活（二维）像素，并生成一系列灰度图像。

这就是过程的计算部分。CT数据可视化软件将数百万像素重建成三维体素。然后，使用先进的数学算法，软件创建了一个完整的三维可视化的对象，被扫描。接下来，可以使用一系列工具来分析材料密度、应力模式、内部缺陷、设计缺陷以及扫描的其他一系列属性——包括机加工金属零件、3D打印原型、塑料注射成型零件、纤维增强塑料或任何其他可扫描的东西。

这些基于软件的分析和可视化对几乎任何行业的制造商都是非常有价值的，允许设计师和工程师了解故障模式，验证关键零件特征，预测产品的性能，以及量化和鉴定制造过程。这就是CT扫描与分析和可视化软件结合的美妙之处。

四、

CT扫描与分析的成本效益论证

在处理CT扫描数据时，制造几何校正软件提供了制造零件偏离主模型的彩色编码可视化效果；输出的CAD元素可用于校正注塑和铸造工具，或用于3D打印的几何尺寸输出

例如，考虑一个注塑生产的塑料连接器，比如汽车、冰箱或笔记本电脑中的连接器。制造商通过多腔模具生产出这些令人惊讶的细节和精确的物体，每一个模具都必须通过仔细检查从中取出的零件来验证。

使用前面提到的计量工具之一来测量产品的可见特征。然而，看不见的内饰是另一回事。为了检查这些，制造商通常不得不销毁具有代表性的零件样品。在这种情况下，技师必须将接头锯成若干部分，打磨粗糙的边缘，然后检查现在可见的表面。如果发现缺陷，必须重新制造零件。由于模具型腔磨损，必须重复该过程。换班、换新树脂或设备故障后，可能继续重复。

底线是什么？现有的剖切加工零件的方法，无论它们是什么，都是昂贵、耗时和容易出错的。考虑一下所有这些中间的连接器，那些没有被破坏的：除非制造过程是完全稳定的（现实中很少是这样），否则总是有一个问号挂在未检查的零件或零件部分上。

虽然在模压部件和类似的大批量产品中，问号可能相对较小，但对于任务关键、成本高昂的产品，如涡轮叶片、发动机缸体、高端机电总成，以及制造业的最新宠儿3D打印部件，则不能如此。在这种情况下，全球主要制造商已经建立了内部CT扫描设施，而其他财力或资源较为有限的制造商则转向CT扫描服务提供商。

五、

如何利用CT分析来建立更好的工具

CT分析软件中的壁厚模块可直接在体素、点云、网格或CAD数据集中自动定位和颜色编码厚度或间隙宽度不足或过大的区域；在本例中，该模块用于检查莱康明IO-540-E1B5飞机发动机的壁厚

为了更深入地理解这种方法是如何帮助创造更好的模具、提高零件质量、延长产品寿命和降低成本，让我们再举一个工业例子，这次是金属铸造。这是一个成熟且被广泛理解的过程，用于汽车动力总成部件、泵和阀门、涡轮叶片，以及几乎任何需要坚固但通常复杂的金属零件的地方。

只有一个问题（这和塑料注射成型工面临的问题非常相似）。因为浇铸和成型所用的熔融材料是通过一系列的空腔流动的，所以空气滞留的可能性很高。因此，空洞和孔隙是一种非常常见的现象，只有使用高端的CT扫描数据分析和可视化软件，才能检测到此类缺陷，而这些缺陷又不需要对零件进行切片，从而破坏零件。

除了在金属零件中发现一堆气泡外，还有更多的问题需要考虑：收缩和翘曲的关键因素，以及壁厚、夹杂物（夹杂的异物）、拔模斜度，与设计的比较-还有了解零件上隐藏着的细节尺寸信息。这些只是工业CT数据分析和可视化软件现在开始在各地铸造厂扮演的角色中的一小部分。

这些信息为工装制造商提供了在模具设计方面做出明智决策所需的知识。由于他们现在对看不见的世界有了更好的处理能力，他们可以确定应该采取哪些步骤来适应工具内的热效应和物质流动。

这里，一个功能强大的CT扫描数据分析和可视化软件包通过生成工件（和/或工具本身）的有意义的视图来简化这一过程。软件中的制造几何校正工具减少了获得优化工具所需的设计迭代次数，并允许将值导出到车间的CAD/CAM软件中，以便在制造过程中使用。

这种情况同样适用于锻件和冲压、弯曲或成形的金属零件；任何使用机加工工具来塑造金属形状的地方，都可以使用CT扫描数据分析来使其更好、更便宜地生产。

六、

CT扫描、分析和结果可视化的其他重要工业应用

CT扫描、分析和可视化过程快速、灵敏、可靠、非接触、无损。它强大的检测和计量能力提供了远远超出传统光学或触觉计量的知识。这种先进的方法可以应用于生产的任何阶段，从原型制作到车间的在线测试。工业CT数据分析的潜在应用越来越广泛。

（左）增材制造的飞机座舱支架（小型化，无表面处理，具有典型的3D打印部件外观）。（中）体积图形软件直接在实际部件的扫描上生成薄弱点位置的彩色编码显示。（右）破坏性试验后的部件显示部件在软件预测的准确位置发生故障。部件由空客新兴技术和概念公司提供；部件由Concept Laser制造。

CT应用的最新领域之一是增材制造，也就是3D打印。越来越多的产品设计师、MRO供应商和企业家正利用这一制造业相对新生的优势，将其用于金属、聚合物和复合材料零件的原型和中低批量生产。但是，与铸造和模制零件一样，对材料完整性的担忧仍然存在。这就是为什么大部分附加制造的部件，特别是那些由金属制成或用于飞行关键用途的部件，都要使用CT扫描进行检查。

CT扫描、分析和可视化并不局限于金属和高分子材料。复合材料广泛应用于制造风力涡轮机、船只、直升机、汽车和其他车身零件等行业，可对纤维取向、零件分层、工艺误差波动和粘合完整性进行深入分析。

七、

其它应用案例

石油和天然气公司分析岩芯的内部结构，以确定其渗透率、孔隙度和矿物成分，帮助他们确定应在何处以及钻多深。

一家生命科学公司最近使用CT扫描对胰岛素笔进行生产前测量，验证每个零件样本超过300个尺寸和几何特征。

智能手机和固态硬盘驱动器中的半导体、电路和连接器可通过CT扫描进行切片、检查和着色。

药物制造商广泛使用CT扫描来评估薄膜包衣、缓释药物的壁厚。

一家汽车制造商对一台内燃机进行了CT扫描，然后利用扫描结果对150多个机加工部件进行了虚拟拆解。

有成百上千种这样的应用程序，从汽车遥控钥匙到工业机器人，再到旋翼桨叶，再到碳纤维赛车。在每个例子中，扫描完成后，CT集成软件帮助制造商分析、可视化、测量和记录内外工件。其结果是不断改进产品，减少工程时间和成本，减少现场故障。

八、

CT扫描、分析和可视化的时间和成本论证

名义/实际值比较。一个CT扫描的对象与其各自的CAD数据集进行比较。颜色编码的分析结果和局部注释显示了偏差。

如前所述，破坏性剖切显然是有限的（而且代价高昂）。再考虑一下我们的注塑连接器。你可能会很幸运，在正确的位置将零件切成两半，以便找到气泡或空隙，但你看不到的缺陷也有可能位于切割平面的上方或下方。另一方面，CT数据分析和可视化软件允许质量工程师从任何方向对整个零件进行虚拟切割。没有什么是隐藏的，不管它有多小。

更好的是，正确的CT数据分析和可视化软件消除了与此类零件探测相关的许多繁琐工作。它支持零件和部件的高质量渲染和分解视图。它可以分析裂纹、孔隙、胞状结构、纤维排列、边缘检测和表面确定、圆柱形物体的展开或展平等。易于生成和执行检验计划，测量零件特征和几何结构，识别潜在的设计或制造故障。

该软件还通过集成的工程工作流程和其他工具来简化分析过程，使来自CT扫描的大量数据集更易于管理、合并和分析，从而使大部分工作自动化。

工业CT扫描数据分析和可视化软件可以使原本高度复杂的过程完全适合并有助于企业盈利，无论是在工厂车间、由计量服务提供商使用，还是与大学的研究实验室集成。

九、

工业CT扫描-回报最大化

CT扫描已成为一种主流的检查方法。如果配备了功能强大的软件，汽车制造商可以利用最大的扫描机器对整车图像进行设计分析，而3D打印服务局和设备制造商可以使用更小、更便宜的机器来验证材料完整性或测量内部零件特征。在这两个极端之间的是那些生产木制家具、泡沫绝缘材料、金属铸件、塑料瓶盖和其他一切可以想象得到的东西的公司。如果制造商想知道产品内部到底发生了什么事，就直接告诉他们。

先进的CT扫描软件提供了易于使用的模块，这些模块提供了高度精确的全面分析能力，为制造商提供了改进其产品所需的一切工具，无论他们在制造什么。

多亏了工业CT扫描行业对先进软件的压倒性采用，他们可以看到并理解正在发生的事情。领先的CT软件公司，拥有80%的市场份额，提供各种解决方案，以满足各种工业需求，从材料和几何分析到体积网格划分、结构力学、模拟等等。所有这些模块都是易于使用的模块，提供高度精确的全方位分析功能，为制造商提供改进产品所需的一切工具，无论他们在制造什么。

简单地说，工业CT扫描消除了怀疑。在使用可用的高级软件工具进行分析后，任何扫描部件上都不会留下问号。除了这种日益重要的先进技术带来的成本和效率效益外，工业CT扫描还可以降低风险，因此产品认证是有保证的，提高了企业声誉。

无论你在制造什么，工业CT扫描，当与数据分析和可视化相结合时，无论目标市场是什么，它都将为质量保证和竞争产品的交付提供最终的决定。

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