最初の記事では、人間の目の解像度とCTスキャンの解像度との関連性について述べました。インターネットで簡単に調べてみると、「目の光学解像度は、せいぜい15 lp/mm程度」であることが分かりました。私は7 lp/mm程度だと考えています。

ISO 19232-5 (EN 462-5 または ASTM E2002) デュプレックス IQI を使用したイメージングチェーンの 2D 解像度テストでは、D15 (32 µm) で 20% を超える変調が見られ、これは 16 lp/mm に相当します。このような高倍率では、ほぼ焦点スポットサイズのみに依存します。

ASTM E2698 の式を用いると、公称 60 µm の焦点スポットと 150 µm の検出器 SRb に対する最適な倍率は 12 になります。倍率 9 でも、30 µm (17 lp/mm) の解像度に達することができます。ASTM E1695 に従って 5.1 倍の倍率で CT テストを行ったところ、14 lp/mm で 10% MTF を示しました。 COMET 450コンパクトバージョンは、出口窓のフレームがかさばり、最初のセットアップでは倍率がやや不足しているため、さらに5µmの解像度向上を目指して改善の余地があります。

図1：積層造形された銅製冷却装置

今回のブログでは、銅製の3Dプリント部品の測定結果をいくつかご紹介したいと思います。私はこのような製造・試験分野の専門家ではありませんが、高解像度を用いることで、品質チェックにおいてより重要な情報が得られることが分かります。

図1に示す部品は冷却装置であり、平らな部分と円錐形の部分の内側を水が流れるようになっている。そのため、水密性が求められるが、壁が薄すぎる場合や印刷中に何らかの不具合が生じた場合、3Dプリントでは水密性を確保するのが難しい。

銅部分の最も外側の直径は140 mmで、上部のディスクの直径は100 mmです。ISO 15708 2の表1によると、450 kVと多くのフィルタリングを使用すると、制動放射線の90%がわずか20～25 mmの固体銅によって吸収されます。この厚さと2倍の厚さの間で、フラットパネル検出器を使用したCTは問題が生じ、ビーム硬化アーチファクトとノイズが画像を支配するようになります。

ここでは例外はありません。ディスク面がビームに位置合わせされているとき、放射線は100 mmの銅で遮られます。 MesoFocus チューブは大きな利点となる。しかし、平らな形状のため、材料の厚みが急速に減少する。

後述の単純な連続360°CTの結果のスキャンパラメータは、450 kV、1.5mm Snフィルター、100 W、公称100 µmの大きな焦点スポット、焦点検出器距離900 mm、倍率3.6です。サンプルの半分のみが、0.8Hzで1800の投影によって画像化されました。

比較のために、この部品は450kVのミニフォーカス管、450kV、2mm Snフィルター、675Wでもスキャンされています。

図2：公称値／実測値の比較

低解像度のミニフォーカス画像でも、対応するstlファイルとの公称値／実測値の比較や差異分析を行うには十分です。そこでは、入口と出口付近の断面が公差を大きく逸脱していることがわかります（図2のピンク色部分）。部品内部の断面画像（図3参照）を見ると、材料を公称寸法に仕上げ加工すると開口部が開くことがわかります。

図3：ミニフォーカスCTスキャンの断面図

水密性を確保するためには、少なくとも1.2mmの厚さの構造を使用することが推奨されていました。積層造形された鋼鉄部品をいくつか見てきた経験から、より薄い壁でも欠陥がないことは分かっています。銅の場合は、それがより難しいかもしれません。しかし、ミニフォーカスCTでスキャンした画像を見ても、なぜこの壁の厚さが必要なのかは依然として理解できません。ただし、図4の左側を拡大した画像を見ると、わずかに異なるグレースケール値を持つ点が均等に分布しているのが分かります。解像度が低いため、これらの欠陥の実際の範囲や深さは確認できません。少なくとも、ミニフォーカスCTは積層造形部品の亀裂を検出できることは分かりました。

図4：左側を拡大したミニフォーカスCTの結果

部品を高解像度でスキャンすると、見た目がかなり違って見える。高解像度は450kVでも利用可能で、 MesoFocus 。

図5： MesoFocus 左側を拡大したCT画像

ほとんどの小さな痕跡は3次元的に小さく、おそらくごくわずかな欠陥は溶融しなかった金属によって生じたものと考えられる。しかし、中には壁厚の半分を貫通する溝状のものもあり（図6参照）、収縮によるアーティファクトである可能性もある。より深い溝は、部品に機械的な応力が加わった際に亀裂の発生源となる可能性が高い。

図6：450kV MesoFocus 材料を貫通するチャネルを備えた奥行き断面図

私たちが気づいたのは、解像度が部品の表面粗さよりもさらに深いレベルまで達しているということです。粗さを定量化するのは容易ではありません。部品と基準面を指で触って測定することで分類されることもあります。しかし、積層造形においてよくある内面では、このような測定方法は不可能です。

CTスキャンされた体積の表面決定MesoFocus これにより、レーザーが粉末に照射されて空洞の後に最初の層が形成された際にできた微細な突起や溝が明らかになります。ミニフォーカス（公称焦点距離400µm）を使用した低解像度CTでは、これらの詳細はイメージングチェーンの不鮮明さによって平滑化されます（サンプルの3D画像と1:1の比較については、図7の左側を参照）。

図7：2種類の解像度と、それらが内面表面の粗さに及ぼす影響の比較（挿入図は、より小さな表面領域の高さ分布）

決議によりMesoFocusこれにより、ボリュームのボクセル解像度で粗さをサンプリングできるようになります（図7の挿入図を参照）。より小さな領域をプローブし、分布の標準偏差（この場合は54 µm）または特定の割合（62 µmで90%）の変動を粗さの尺度とすることができます。

これでブログシリーズを終了いたします。ここ数週間、CTにおけるこの素晴らしい新ソリューションによって間もなく何が可能になるのかをお見せしたかったのです。450kV MesoFocus このチューブは、従来の密閉型X線源では到達不可能だった、非常に高いエネルギーと高解像度を同時に実現する領域を切り開きます。内部の金で覆われた微細な構造まで可視化できるようになり、積層造形技術を用いることで、鋼鉄、ニッケル、銅製の部品において、安全性に関わるような微細な欠陥さえも可視化できるようになりました。

メリークリスマス！お元気でお過ごしください。
2022年のMesoFocus CTでお会いしましょう。
ダニエル・スティックラー