ZEISS presenta VersaXRM 5 Insight per l'imaging ibrido a raggi X in 3D

ZEISS ha introdotto il VersaXRM 5 Insight, una piattaforma ibrida di imaging tridimensionale a raggi X che unisce la produttività della tomografia computerizzata a una risoluzione microscopica sub-micrometrica. Il sistema si rivolge all'ingegneria strutturale, all'ispezione di package elettronici, alla produzione additiva e alla ricerca nelle scienze della vita, consentendo una caratterizzazione volumetrica multiscala all'interno di un flusso di lavoro continuo su un unico strumento.

Caratterizzazione volumetrica multiscala non distruttiva
La valutazione scientifica e ingegneristica di componenti strutturali, materiali compositi e tessuti biologici richiede solitamente l'analisi sia di macrostrutture estese sia di difetti localizzati a livello sub-micrometrico. I flussi di lavoro convenzionali per i controlli non distruttivi costringono spesso gli operatori a scegliere tra unità di micro-tomografia computerizzata (micro-TC) ad ampio campo visivo e microscopi a raggi X (XRM) separati ad alto ingrandimento. Alternare sistemi distinti impone l'estrazione del campione, un nuovo fissaggio e la co-registrazione spaziale manuale, introducendo errori di preparazione e rallentamenti operativi.

Il VersaXRM 5 Insight integra l'acquisizione ad ampio campo visivo e l'imaging localizzato ad alta risoluzione in un'unica architettura strumentale. Gli operatori possono eseguire uno screening macroscopico sull'intero componente per individuare anomalie strutturali, definire volumi di interesse mirati e condurre scansioni volumetriche approfondite senza modificare le configurazioni fisiche dell'hardware né le camere di prova ambientali.




Preservazione dell'integrità del campione tramite la risoluzione a distanza (RaaD)
Un vincolo fisico fondamentale nella tomografia computerizzata di laboratorio è l'ingrandimento geometrico, in cui un'alta risoluzione richiede in genere di posizionare il campione a brevissima distanza dalla sorgente di raggi X. Questa esigenza rende spesso necessari rifilature meccaniche, sezionamenti distruttivi o carotaggi di pezzi di grandi dimensioni per prevenire collisioni fisiche con la sorgente o con il rivelatore.

Il sistema adotta l'architettura Resolution at a Distance (RaaD), che impiega un doppio stadio di ingrandimento ottico a valle dello scintillatore. Ciò consente di raggiungere una risoluzione spaziale sub-micrometrica mantenendo ampie distanze di lavoro. Gli ingegneri possono così ispezionare difetti critici, distribuzioni di vuoti e porosità nelle saldature all'interno di componenti voluminosi, involucri elettronici intatti e celle per prove meccaniche in situ senza alterazioni fisiche, preservando la struttura del campione per analisi longitudinali quadridimensionali (4D).




Navigazione automatizzata e flussi di acquisizione accelerati
La variabilità dovuta all'operatore, l'allineamento del sistema e i tempi di ricostruzione del volume rappresentano tipici colli di bottiglia nei flussi di lavoro di imaging volumetrico a raggi X. Il VersaXRM 5 Insight integra il software di controllo ZEN navx per fornire una navigazione automatizzata orientata al campione e una guida procedurale, evitando traiettorie di collisione tra i supporti di fissaggio e le parti dello strumento.

Per velocizzare le iterazioni sperimentali, la piattaforma include la modalità FAST, che offre un riscontro rapido per l'allineamento spaziale, lo screening macroscopico dei componenti e ricostruzioni tomografiche a media risoluzione. Il sistema incorpora inoltre algoritmi di intelligenza artificiale nella pipeline di ricostruzione per attenuare l'indurimento del fascio, ridurre gli artefatti ad anello e accelerare il rendering volumetrico a partire da un minor numero di proiezioni angolari.

Il Dr. Keith Duncan, ricercatore scientifico e direttore dell'imaging a raggi X presso il Danforth Plant Science Center, ha evidenziato che l'architettura del rivelatore unisce un pannello piatto ad ampia area a un ingrandimento ottico secondario, consentendo di passare dalla visione d'insieme del campione al dettaglio strutturale localizzato senza alcuna riconfigurazione meccanica.

Nicolas Gueninchault, responsabile del settore microscopia a raggi X presso ZEISS Microscopy, ha sottolineato che la combinazione di hardware micro-TC ad alta produttività e ottiche da microscopio a raggi X bilancia risoluzione spaziale, velocità di acquisizione dati e praticità d'uso su un unico telaio.




Applicazioni mirate per l'industria e la ricerca sui materiali
Nella scienza dei materiali, il sistema permette la visualizzazione non distruttiva della propagazione delle cricche, della coalescenza dei micro-vuoti e della dispersione delle particelle durante le fasi di sollecitazione meccanica e ambientale. Nella microelettronica industriale e nella produzione di semiconduttori, lo strumento supporta l'analisi della causa primaria (root-cause analysis) non distruttiva su fatica delle sfere di saldatura, ponti tra via passanti in silicio, distacco dei fili di giunzione (wire bonding) e delaminazione interna nei circuiti integrati incapsulati. Le strutture di scienze della vita utilizzano la piattaforma per la modellazione istologica tridimensionale non distruttiva e la fenotipizzazione morfologica di campioni animali e vegetali intatti.

Contesto aggiuntivo:
Questa sezione illustra specifiche tecniche e parametri comparativi di mercato non presenti nel comunicato originale del prodotto.

L'architettura ibrida della serie ZEISS Versa affianca una sorgente sigillata di raggi X microfuoco (con operatività tipica compresa tra 30 e 160 kilovolt e una potenza fino a 10 watt) a un meccanismo di ingrandimento a due stadi. Il percorso di rilevamento primario sfrutta un pannello piatto CMOS ad alta risoluzione per lo screening macroscopico, a cui si aggiunge un revolver per obiettivi motorizzato che ospita ottiche (come ingrandimenti 0,4x, 4x, 20x e 40x) accoppiate a scintillatori ad alta efficienza e a fotocamere scientifiche CCD o CMOS. Questa configurazione consente di ottenere risoluzioni spaziali reali fino a 500 nanometri e dimensioni minime del voxel fino a 40 nanometri, supportando distanze sorgente-campione superiori a 20-50 millimetri.

I principali parametri di riferimento concorrenti per i sistemi di imaging 3D a raggi X multiscala non distruttivi includono il Bruker SkyScan 2214 e il TESCAN UniTOM XL.

Il Bruker SkyScan 2214 fa uso di una sorgente di raggi X nanofuoco aperta con finestre in diamante capace di operare fino a 160 kilovolt, generando dimensioni dello spot inferiori a 500 nanometri. Offre opzioni di rilevamento modulari combinando una camera CCD raffreddata da 11 megapixel per l'analisi sub-micrometrica con un rivelatore a pannello piatto da 6 megapixel per l'inquadratura di oggetti di grandi dimensioni (fino a 300 millimetri di diametro). A differenza degli stadi di ingrandimento ottico impiegati nell'architettura RaaD, lo SkyScan 2214 si affida principalmente a un elevato ingrandimento geometrico; richiede quindi che il campione sia posizionato a soli 1-2 millimetri dalla sorgente per raggiungere la sua massima risoluzione spaziale di 500 nanometri, limitando le analisi ad alto ingrandimento di campioni ingombranti o racchiusi in alloggiamenti.

Il TESCAN UniTOM XL è progettato per la micro-TC multiscala ad alta produttività, integrando capacità di scansione continua dinamica e supportando pesi del campione fino a 10 chilogrammi con un campo visivo di 300 millimetri. L'UniTOM XL opera con una sorgente microfuoco ad alta potenza fino a 160 kilovolt e 200 watt, avvalendosi di un rivelatore a pannello piatto ad alta velocità che garantisce una risoluzione temporale per tomografia 4D dinamica con acquisizione volumetrica inferiore al secondo. Sebbene fornisca frame rate e produttività volumetrica superiori per grandi fusioni industriali e cicli di compressione dinamica in situ, la sua architettura basata unicamente sull'ingrandimento geometrico limita la risoluzione spaziale massima a circa 3-4 micrometri, rendendolo meno specializzato rispetto ai sistemi con ingrandimento ottico multistadio nell'isolare vuoti sub-micrometrici e interfacce interne.

A cura di Natania Lyngdoh, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

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