Aktualnie stosowanych jest kilka metod druku 3D, które charakteryzują się różnymi cechami. Jednym z najważniejszych parametrów drukowanego materiału jest porowatość [1]. Podczas opracowywania elementu przeznaczonego do pracy w środowisku, w którym występują duże naprężenia, materiał powinien być w pełni zagęszczony, by zminimalizować uszkodzenia w czasie eksploatacji. Z innej strony, duża porowatość powierzchniowa elementu jest wręcz pożądana i celowo wprowadzana np. w badaniach nad ropą i gazem [2], a także w zastosowaniach związanych z magazynowaniem energii, np. w drukowanych 3D elektrodach akumulatorów [3].
W naszym laboratorium do analizy powierzchniowej struktury mikroporów stosujemy obrazowanie z zastosowaniem skaningowej mikroskopii elektronowej SEM (ang. Scanning Electron Microscope) wysokiej rozdzielczości, które umożliwia identyfikację i kwantyfikację porów. Oprócz wykonania standardowego obrazowania SEM powierzchni próbki, jesteśmy w stanie wykonać przekrój przez strukturę (rys. 1.) z wykorzystaniem zogniskowanej wiązki jonów FIB (ang. Focus Ion Beam) w celu przeprowadzenia analizy porowatości w objętości materiału. Następnie wykonane obrazy SEM poddawane są obróbce, m.in.:
- wstępnemu wzmocnieniu kontrastu,
- filtracji dużych artefaktów,
- wygładzenia małych struktur pochodzących z szumu, a na końcu
- binaryzacji (rys. 2.), z której uzyskujemy kontury i powierzchnię porów.
Przez połączenie analizy SEM/FIB z cyfrowym przetwarzaniem danych jesteśmy w stanie określić m.in. ilość porów, ich rozmiar oraz na jakim obszarze próbki się znajdują. Wykonywane w naszym laboratorium analizy pomogą dostarczyć użytecznych informacji o procesie i jednocześnie mogą wskazać kierunek zmian parametrów technologicznych.
Rozwiązujemy problemy
Jeśli w Państwa firmie ważną rolę odgrywają elementy wykonane w technologii mikrodruku 3D oraz interesuje Państwa ich struktura – zapraszamy do kontaktu! Nasz zespół inżynierów chętnie doradzi i zaproponuje możliwe usprawnienia z wykorzystaniem mikroskopów SEM/FIB.
Dziękujemy firmie Exaddon za użyczenie swoich produktów do przeprowadzenia przedstawionej analizy!
Źródła:
[1] Porosity Measurements and Analysis for Metal Additive Manufacturing Process Control, J. A. Slotwinski, E. J. Garboczi, K. M. Hebenstreit, Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Volume 119, 2014
[2]Head, D. and Vanorio, T., 2016. Effects of changes in rock microstructures on permeability: 3-D printing investigation. Geophysical Research Letters, 43(14), pp.7494-7502
[3] Gupta, V., Alam, F., Verma, P., Kannan, A. and Kumar, S., 2021. Additive manufacturing enabled, microarchitected, hierarchically porous polylactic-acid/lithium iron phosphate/carbon nanotube nanocomposite electrodes for high performance Li-Ion batteries. Journal of Power Sources, 494, p.229625