CT扫描:查看零件的新方法

CT扫描在产品设计和验证中越来越受欢迎。


C传统上,计算机断层扫描(CT)扫描与医学应用有关。但是,该技术已越来越多地被业界用作无损检测替代方案,并用于精确的测量/计量学应用。 CT扫描仪用于逆向工程,质量控制,确保组装后形成内部接触点,确定材料的孔隙率并进行CAD文件比较。

杰西·加兰特(Jesse Garant)& Associates First Article Inspection是CT扫描的一种潜在应用。图片由Jesse Garant提供& Associates.

CT扫描是快速增长的3D扫描市场的一部分,Allied Market Research估计,到2021年,CT扫描将产生57亿美元的收入,未来五年的复合年增长率为13.6%。

CT扫描使公司能够以完全无损的方式捕获内部和外部结构的精确尺寸。使用多个X射线图像,CT扫描解决方案生成体素(体积像素)数据集以创建图像。零件在扫描仪中旋转并成像数百次。将2D图像合并为3D点云。

在新兴的增材制造市场中,CT扫描是确认内部结构质量而不破坏完整零件的唯一方法。

“使用高度复杂的塑料零件,您可以进行分析和检查,从而获得比使用传统方法所无法想象的更高的质量,” Wenzel America应用经理Giles Gaskell说。 “您可以看到的内容以及可以测量的特征数量没有限制。传统的测量方法并不能解决复杂的零件。对于注塑成型或增材制造的零件,CT是答案。”

温泽尔(总部位于德国)通过在2008年收购Volumetrik将CT扫描添加到其计量产品中。

“对于这些应用而言,CT扫描的确在增长,并且不断增长,”辛辛那提Exact计量学的所有者Steve Young说,他的公司以前提供了各种各样的外部扫描和计量学解决方案。 “我们真的将此视为下一步合乎逻辑的步骤。”

CT扫描使工程师无需拆卸零件即可获得内部和外部结构的测量值。以上图片由精确计量提供。对页图片由Jesse Garant提供& Associates. CT扫描使工程师无需拆卸零件即可获得内部和外部结构的测量值。以上图片由精确计量提供。对页图片由Jesse Garant提供& Associates.

精确计量现在拥有两个可在两个不同设施中运行的CT扫描仪,并计划在辛辛那提工厂增加第二台机器。根据Young的说法,他们可能会投资于可以扫描较大或较密零件的设备。他说:“每个不同的扫描仪都在尝试做一些独特的事情,因此我最终可以看到我们拥有针对不同应用的多个扫描仪。”

前所未有的可视性

CT扫描可以为各种零件和材料提供令人难以置信的内部细节。 Young表示:“我们已经扫描了小的塑料碎片,如果它们破碎,航空零件和其他关键零件则无法检查。” “我们扫描了由玻璃纤维增​​强塑料制成的零件,客户需要了解成型零件后玻璃纤维如何对齐。我们能够向他们展示,以便他们可以修复其过程中的缺陷。”

对于测量和质量控制,CT可以提供各种参数和各种材料的高精度数据。 Young说:“例如,我可以扫描整个未打开的液体凝胶盖盒。” “我可以告诉您每个药丸中的液体量,凝胶药丸的壁厚而无需打开盒子。”

这在医疗设备制造,航空航天和汽车等行业中尤其重要,在这些行业中,监管要求要求非常高的质量标准。 Gaskell说:“要证明设计的质量有很大的压力。” “这也越来越成为一个问题,因为人们正在转向先进的制造方法,例如增材制造和3D打印。”

精确计量 由于FDA需要对复杂设计进行精确测量,因此该技术被用于许多牙科和医疗场所。图片由精确计量提供。

CT扫描的主要优势在于,它为检查提供了另一种选择,否则就需要销毁零件。 “采用传统方法,即使我们将零件切成片并扫描零件,我们仍然看不到孔隙或其他特征,” Young说。

增材制造技术也正在推动对CT扫描服务的需求。 3D打印的主要优势之一是,您可以创建和制造其他任何方式都无法制造的零件。因此,也无法使用传统方式对其进行检查或测量。在今年的RAPID会议上,Gaskell提出了一个主题为“如果您无法衡量它,就无法出售它”的会议,它解决了这个问题。

Gaskell说:“如果您认为自己将制造医疗设备或飞机零件并获得批准,那么就无法进行测量。” “唯一的方法就是使用CT机。”

CT在测量其他类型的困难物品方面也具有优势。 Gaskell指出,除了他公司服务的重工业以外,另一个需要扫描的常见物品是瓶盖。加斯科尔说:“瓶盖和瓶子很难测量。” “瓶盖很硬,因为最重要的特征是螺纹的背面。 CT扫描仪非常适合。”

复杂,昂贵的设备

当CT扫描证明其价值时,许多公司将很难证明自己购买设备的合理性。工业CT扫描仪的价格在200,000美元至500,000美元之间(尽管有一些较便宜的型号),并且校准它们以扫描不同类型的材料需要大量的专业知识。

通常,材料越密集,穿过零件射出的电源就越大。焦点尺寸也可以调整。 “使用较小的光斑尺寸,您可以获得更高的精度,” Jesse Garant总裁Jesse Garant说&联合计量中心,提供3D零件检查服务。 “光斑尺寸更大,扫描速度更快。”

CT扫描仪 用户应逐案评估CT扫描以进行零件检查,因为某些机器可能不合适。图片由Jesse Garant提供& Associates.

在某些情况下,可以在一个CT单元中同时扫描多个小零件,这可以提高速度和成本。

“这是一项复杂的技术,”加兰特说。 Garant的实验室与汽车和航空航天行业的Tier 1零件供应商合作。他说:“服务提供商和制造商正在努力为最终用户简化它。”

例如,Wenzel出售CT机并提供扫描服务。公司许多服务部门的客户都是需要测量或逆向工程服务的客户,但他们无法合理地购买设备。

因此,制造商很难购买自己的CT设备,而他们通常会向服务提供商求助。可以配置机器以特定的密度扫描特定的零件,但是如果您尝试使用同一台机器扫描其他物体,则需要经验丰富的操作员来调整设置。 Garant说:“许多制造商都在购买CT系统,然后意识到,尽管它适用于一种应用,但对于75%的其他零件来说,它并不是正确的工具。”

在考虑购买扫描仪之前,请确保它可以用于多个部件,并且可以使机器保持足够的繁忙以证明费用合理。还有其他类型的X射线检测器和扫描仪类型,它们在速度和图像质量之间进行权衡。 “做功课,”加兰特说。 “如果购买机器不合适,服务提供商可能更可行。”

CT扫描限制

尽管CT扫描提供了其他方法无法获得的视觉信息,但在某些情况下它无法工作。例如,有些钣金应用不适用于CT扫描。 Garant说:“您可能需要一台特定类型的机器,或者您可以在一个部分的内部查看特定的焊缝,但这在很大程度上视情况而定。”

很大和非常密集的碎片(例如,跨数英尺的铸铁)也将无法工作。 Garant说:“我们不想尝试拍摄那些部分,因为它需要太多的能量。”

大多数工业扫描仪的最大延伸距离为几英尺。与计量扫描仪不同,CT系统不能移动—他们可能重达20,000磅。 Gaskell说:“扫描大型物品不是主流功能。” “零件必须装在盒子里;它不像医院的CT扫描仪,您可以测量病人的大小。”

由碳化钨,银,金或其他材料制成的小型3D打印零件也很难扫描。 Garant说:“它们很小,但是如果您想成像内部毛孔,我们需要太多的能量才能穿透它们,以致很难获得良好的图像。”

由钴铬合金或铬镍铁合金制成的高度详细的飞机零件也具有挑战性。 Gaskell说:“没有一个CT扫描仪能够测量到超过Inconel约三英寸的度量标准。” “您可以看穿它,但无法获得准确的测量结果。您必须结合使用方法。因此,您可以使用CT扫描仪来确认零件中的特征,但是您必须对零件进行采样并切开以进行测量。”

另一个缺点是扫描由多种材料制成的零件。 “我们有一个由塑料和黄铜制成的水泵壳体,” Young说。 “我们必须提供足够的能量来扫过黄铜,但是塑料上的图像质量严重失真。看起来像一场沙尘暴,但黄铜弹得很好。塑料的数据太吵了,无法使用。”

软件进步推动改进

在未来几年中,CT扫描仪有望在价格下降的同时获得更快的速度。这将部分地通过更快的数据处理来实现。

“我们能够将节省下来的钱转嫁给客户,”加兰特说。 “扫描并不会占用一台价值100,000美元的计算机五个小时;现在只需要15分钟。”

扫描仪制造商正在改善设备性能,以减少散射和图像伪影,并针对测量和检查应用校准设备。

对于克服CT扫描非常密集的材料所面临的物理挑战,软件的进步也将至关重要。 Gaskell说:“您可以做的事情有功率限制,但是我们需要使用该软件在这些限制范围内最大化我们可以做的事情。”

同时,服务提供商和供应商正在努力传播有关CT在这些工业应用中的潜力的信息。 Young表示:“我们实际上是想在人们面前进行教育。” “有些客户了解CT扫描,有些则不了解。通常,他们提出问题并询问是否有办法查看零件内部。他们不一定知道我们要怎么做。”

“该行业仍然需要大量学习。我们使用CMM已有40年了,人们仍在学习该技术可以做什么,” Garant说。 “随着人们变得越来越舒适并尝试CT扫描,我们将看到市场继续增长。”

随着设备价格下降,这种增长应该会加速。 Wenzel提供了至少一台售价略​​高于100,000美元的机器,这大约是几年前成本的十分之一。

Gaskell看到了增材制造领域的巨大机遇,他说许多公司在试图获得针对飞机和其他应用的零件的监管批准时,仍未意识到他们将面临的测量挑战。 Gaskell说:“我知道公司花了数百万美元进行3D打印的情况,而他们拥有的最准确的测量工具就是卡尺。” “这就是我们现在的位置。我看到了CT的巨大潜在市场。我们正处于转折点。”

更多信息

Share This Article

订阅我们的免费杂志, 免费的电子邮件通讯或两者兼而有之!

加入超过90,000名工程专业人员的行列,他们将在新闻发布后立即获得最新的工程新闻。


About the Author

布莱恩·奥尔布赖特的头像
布莱恩·奥尔布赖特

布莱恩·奥尔布赖特(Brian Albright)是《 数字工程。请与他联系 [电子邮件 protected].

Follow DE
#15392