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Double Tomographe Haute Energie (DTHE) - un équipement innovant qui repousse les limites de la tomographie à rayons X

par Solène le 24 nov. 2022 à 13h56
Les défis en matière de micro-tomographie à rayons X augmentent aussi vite que la technologie. Le laboratoire MATEIS a récemment reçu une nouvelle plateforme de tomographie développée par RX Solutions et présentant des caractéristiques uniques au monde. Le DTHE, qui signifie Tomographe Double Haute Energie, est un tomographe double conçu autour d'un axe de rotation et de deux lignes de rayons X de 300 kV.
L'objectif de la plateforme est d'ouvrir largement la recherche et le développement sur des échantillons denses ou de grande taille grâce à la micro-tomographie à haute résolution et à haute énergie. Au-delà des tous premiers avantages évidents d'un tel système, les chercheurs pourront explorer en profondeur des possibilités nouvelles et inexplorées en matière de tomographie par ordinateur.

Genèse du projet

Le projet a été initié par le laboratoire MATEIS, qui fait partie de l'Université INSA de Lyon. Ce laboratoire, qui possédait déjà deux systèmes de tomographie à rayons X, est réputé en France et à l'étranger pour sa technologie de tomographie à rayons X. Il s'agit d'un système à double tube à haute énergie. Principalement développé pour les applications de fabrication additive, ce système de tomographie à haute énergie à double tube permettra de répondre aux besoins de ce secteur innovant .
 
MATEIS, un centre de recherche en science des matériaux en France, a été l'un des premiers à appliquer la micro-tomographie à rayons X pour la caractérisation des matériaux en 3D. Plusieurs cellules in situ ont également été construites par le laboratoire pour la stimulation thermique et mécanique du matériau pendant la capture CT. Les deux systèmes du laboratoire devaient être complétés par une installation à haute énergie pour répondre aux besoins de la fabrication additive, ainsi qu'aux autres méthodes de production de matériaux denses examinées au laboratoire.
 

DTHE : Une innovation dans le monde de la tomographie

Cette nouvelle plateforme ouvre de nouvelles perspectives et permet des avancées dans trois directions :
- Matériaux multiples à haute densité,
- Expériences in-situ,
- Pièces de très grande taille.
 
Le DTHE est basé sur deux lignes perpendiculaires, avec sur chaque ligne un générateur de rayons X de 300 kV couplé à un détecteur plan 4343. L'échantillon est placé au sommet de 2 axes de centrage croisés.
 
Tous les composants sont pilotés par le logiciel X-Act, le logiciel développé en interne par l'équipe RX Solutions. Le logiciel pilote les axes, les tubes à rayons X, les imageurs et permet à l'utilisateur de contrôler avec facilité ce système complexe et de lancer des scans tomographiques simples ou combinés via une interface simple et lisible.

DTHE : Une installation innovante pour des applications innovantes

Le DTHE permettra la réalisation de plusieurs scans en même temps, avec par exemple des niveaux d'énergie différents. Le DTHE est une solution microCT double unique. Seuls quelques systèmes d'imagerie à rayons X dans le monde permettent l'acquisition simultanée d'images 2D, et encore moins de microCT 3D. RX Solutions a déjà démontré la possibilité de faire 2 tomographies simultanées avec des neutrons et des rayons X à l'ILL de Grenoble.
 
- Scans rapides
 
L'application la plus simple et la plus évidente des lignes fusionnées est d'accélérer les scans tout en maintenant la qualité de l'image. Réduire d'un facteur deux le temps de moyennage par emplacement angulaire et effectuer une rotation sur 360° est une solution simple et basique. Cependant, afin de remplir correctement l'espace de projection des rayons X, la technique d'acquisition devra être calculée ou simulée. La position de l'imageur, le nombre de projections et l'angle de rotation global ne sont que quelques-unes des caractéristiques qui peuvent être modifiées pour améliorer la vitesse, la résolution, le contraste, etc.
 
- Multi-échelle
 
L'adaptabilité mécanique de la plate-forme permettra de varier les distances et les grossissements entre les deux lignes. La possibilité d'exécuter simultanément deux tomodensitométries sur deux champs de vision différents avec des tailles de voxels variées ouvre la voie à l'imagerie multi-échelle in-situ.
 
- Multiénergie
 
La tomographie multiénergie implique l'acquisition de mesures CT à deux spectres d'énergie ou plus, ce qui permet de caractériser les matériaux au-delà de ce que permet la tomographie conventionnelle. Le CT à double source ouvre de nouvelles possibilités, comme le balayage à deux niveaux d'énergie différents simultanément. Chacun de ces niveaux d'énergie soulignera une spécification particulière de l'échantillon.
Après les applications médicales où elle est fréquemment employée, la tomographie multi-énergie est un sujet de recherche actif pour les essais non destructifs. Il reste encore beaucoup à faire pour bien comprendre comment ces stratégies d'acquisition peuvent améliorer la science des matériaux. Le DTHE facilitera l'obtention de résultats expérimentaux dans ce domaine de recherche.

Premier résultat

Grâce à la capacité multi-énergie, le DTHE de RX Solutions accélère et améliore l'acquisition de pièces multi-matériaux. Un exemple d'ailleurs, avec à gauche un boîtier en aluminium contenant des inserts en acier (taille du voxel : 100 µm).

principaux avantages du dthe

- Technique non destructive permettant d'éviter de perdre des informations essentielles en coupant les pièces.
 
- Le scanner à rayons X est indépendant de la complexité de l'échantillon et offre des résultats précis quelle que soit la forme des pièces...
 
- Des opérations simples avec des scans rapides permettent de gagner du temps et de l'argent
 
- La détection précoce des défauts permet de réduire les coûts, d'assurer la sécurité, de réduire les déchets et les problèmes de garantie et de récupération.
 
- Inspection de divers composants aérospatiaux, des pièces moulées aux composites
 
De plus en plus de composants ayant des structures multi-matériaux complexes, il est difficile de déterminer si une pièce est fiable et répond aux restrictions de conformité avec les méthodes d'essai traditionnelles. C'est pourquoi, pour les composants aérospatiaux, le scanner à rayons X offre de nouvelles alternatives d'inspection en tant que technique non destructive tout-en-un représentant un modèle 3D avec une meilleure qualité d'image - tout en étant rapide, précis et automatique.
 
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