产品经理|Nature子刊：3D打印金属零件新型成像检测方法，或将改变航空航天业项目管理|ai

文章图片

文章图片

文章图片

江苏激光联盟导读：
一种光学显微镜下的晶体定向机器学习方法。
摘要
绘制晶体固体中的晶粒取向图对于研究局部微观结构和结晶学之间的关系以及解释材料性能至关重要。进行这些研究的主要技术之一是电子背散射衍射（EBSD）。然而，由于测量量有限， EBSD不适用于表征具有长程微观结构异质性的样品，也不适用于构建包含大量样品的大型材料库。本文提出了一种高通量晶体取向映射的机器学习方法，它依赖于被称为定向反射显微镜的光学技术。成功地将方法应用于增材制造生产的Inconel 718试样上，该试样具有复杂的、空间变化的微观结构。这些结果表明，在金属合金上实现光学取向映射是可行的。由于方法是数据驱动的，因此可以很容易地扩展到使用不同制造工艺生产的不同合金系统。

介绍
表征多晶固体的微观结构，包括组成晶粒的大小、形态和晶体取向，对于理解工艺历史、微观结构和材料性能之间的关系至关重要。这些信息可以预测结构和功能部件的行为，并为下一代高性能材料的设计提供基础。晶体表征的标准实践涉及基于衍射的方法，这些方法依赖于电子或X射线显微镜技术。其中最常用的技术之一是电子背散射衍射（EBSD）。 EBSD通过测量和索引电子束在样品表面上扫描时原子晶格产生的局部衍射图案，提供材料组成相和晶粒的精确映射，作为其晶体取向的函数。然而，由于与电子显微镜相连， EBSD在测量吞吐量、视野和最大样本尺寸方面受到限制。因此， EBSD定向成像通常在小面积试样（mm2量级）上进行，其微观结构代表使用给定制造工艺生产的整个部件。
由于这些局限性， EBSD在基于使用不同工艺参数生产的大量试样的建筑材料库中，或在表征表现出大规模微观结构异质性的试样方面效率低下。这些限制在金属增材制造（AM）方面尤其有害。事实上，众所周知，在基于熔合的AM工艺中，复杂多变的凝固路径会在整个制造过程中，甚至在名义上相同的零件批次中产生不同的微观结构。高通量晶体学表征技术将极大地加快添加剂工艺的发展，以及该行业对增材工艺的采用。
一种可能的解决方案是使用光学显微镜技术，与EBSD相比，这种技术提供了更快的数据采集和更大的视野。然而，由于原子晶格不能在可见光下直接解析，光学取向映射只能通过分析编码基本晶体取向的光学信号间接实现。基于这一原理，已经开发出一些技术来量化光强度和偏振在光学活性材料反射时的取向依赖性变化，或者重建蚀刻-pits10的形貌，这些蚀刻-pits10继承了底层原子晶格的几何形状和取向。定向反射显微镜（DRM）属于第二类。 DRM的工作原理基于测量和分析光从材料表面的反射作为照明方向的函数。当对材料进行化学蚀刻时，特定晶体学平面或相位的优先溶解可产生与晶体学取向相关的地形表面特征。这些特征以特定角度优先反射可见光，产生定向（即各向异性）反射效果。一旦被DRM捕获，方向反射数据将通过计算方法进行分析，以实现晶粒方向的空间映射。