Modern cutting-edge metals are increasingly engineered at the nanoscale to enhance their durability, reliability, and cost. Even traditional processes are now augmented with microscopic inspection to determine the resulting material’s elemental and structural composition.

In particular, the effective production of metals requires precise control of inclusions and precipitates. Depending on their consistency and distribution, these can either strengthen the material or act as contaminants, greatly impacting quality and lifetime. These microscopic properties can include;

  • Nano-precipitates formed during rolling, annealing or hot pressing
  • Nanoscale morphological changes (dislocations, crack initiation sites)
  • Grain boundaries
  • Oxide inclusions that cause casting interruptions in steelmaking

Historically, researchers have used optical microscopy to rate the size and number of inclusions, but this method does not provide any elemental information. Even optical emission spectroscopy, which can determine the elemental ratios of inclusions, does not accurately characterize the shape and composition of individual inclusions. Electron microscopy techniques have also been used for metal analysis, with scanning electron microscopy (SEM) capable of visualizing larger oxide inclusions, whereas transmission electron microscopy (TEM) is generally required to study features smaller than 100 nm. TEM analysis, however, has previously required manual particle counting and analysis, limiting the amount of data that could be collected to several dozen particles per day.

Stainless steel medical device sample prepared by PFIB milling.
Stainless steel medical device sample generated with PFIB milling, with total dimensions of 55 x 70 μm. The red box indicates the amount of area that could be prepared in the same amount of time with a typical gallium FIB.

Thermo Fisher Scientific provides a range of electron microscopy solutions that make metal analysis not only more informative but also far more rapid. Thanks to our unique automation capabilities, a thorough overview of the elemental and structural composition of hundreds, if not thousands, of precipitates is possible in a manner of hours, as compared to the few dozen that would be found in a day of manual analysis. Not only is statistical information on the bulk available, but individual precipitates can also be seen with high detail, providing a multi-scale overview of the metal.

Our robust, automated instruments can perform a variety of critical tasks including:

Zirconium alloy sample, analyzed with electron backscatter diffraction to produce a 3D microstructural reconstruction.
3D microstructural information provided by electron backscatter diffraction (EBSD) of a zirconium alloy sample reconstructed from 400 slices. Sample courtesy of the University of Manchester.

Resources


SEM images

XPS images

TEM images
Precipitates containing copper (green) and zirconium (red) in a friction-stir-welded Al-Cu-Li alloy were analyzed with a Talos F200X (S)TEM and Automated Particle Workflow (APW). The three regions represent the base metal (left), the heat-affected zone (middle), and the stirred zone (right).
Precipitates of niobium carbide in a high-strength, low-alloy steel were analyzed with a Talos F200X (S)TEM and Automated Particle Workflow (APW). The two regions represent different locations on the same coil, where the steel with finer precipitates (average 9 nm, left) yielded a higher strength than the steel with larger precipitates (average 12 nm, right).

SEM videos

Phenom ParticleX Steel Desktop SEM inclusion analysis short demonstration.

ParticleX Steel Desktop SEM - Workflow introduction.

Axia ChemiSEM provides high-quality imaging of steel samples to aid in the production of high-value steels. 

Axia ChemiSEM identifies composition on-the-fly


TEM videos

Aluminum 2099 alloy lamella characterization of Cu and Zr precipitates by APW

Nickel superalloy sample characterizingr titanium nitride nano particles by APW.

HSLA steel lamella characterization of Nb precipitates by Automated Particle Workflow (APW).

3D EDS TEM tomography of precipitates in an AlMgSi alloy.

High resolution APW showing complex features in additively manufactured stainless steel.

Maps and Avizo2D recordings (left and right) running side by side during an acquisition.

Webinars

Webinar: Nanoparticle Characterization by Automated TEM.

Webinar: Correlative Microscopy for Aerospace and Defense Industries

TEM Articles

Nanoscale origins of the oriented precipitation of Ti3Al in Ti\\Al systems

Hao Wu, Guohua Fan, Lin Geng, Xiping Cui, Meng Huang

DOI link


Effect of heat treatments on microstructural evolution of additively manufactured and wrought 17-4PH stainless steel

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

DOI link


Coherency strains of H-phase precipitates and their influence on functional properties of nickel-titanium-hafnium shape memory alloys

Behnam Amin-Ahmadi,⁎, Joseph G. Pauza, Ali Shamimi, Tom W. Duerig, Ronald D. Noebe, Aaron P. Stebner

DOI link


Effect of laser scan length on the microstructure of additively manufactured 17-4PH stainless steel thin-walled parts

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

DOI link


Non-metallic inclusions in 17-4PH stainless steel parts produced by selective laser melting

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

DOI link


FIB-SEM Articles

Joachim Mayer, RWTH Aachen

“Formation of White Etching Areas in SAE 52100 Bearing Steel under Rolling Contact Fatigue − Influence of Diffusible Hydrogen”
M. Oezel, A. Schwedt, T. Janitzky, R. Kelley, C.Bouchet-Marquis, L. Pullan, C. Broeckmann, J. Mayer
Wear, Volumes 414-415, November 2018, Pages 352-365.

DOI link


Philip Withers, University of Manchester

“Industrial Gear Oils: Tribological Performance and Subsurface Changes”
Aduragbemi Adebogun, Robert Hudson, Angela Breakspear, Chris Warrens, Ali Gholinia, Allan Matthews, Philip Withers Tribology Letters (2018) 66:65.

DOI link


Jun Tan, Shenyang National Laboratory for Materials Science

“Insight into atmospheric pitting corrosion of carbon steel via a dual-beam FIB/SEM system associated with high-resolution TEM”
Corrosion Science 152 (2019) 226–233.

DOI link


Yu-Lung Chiu, University of Birmingham

“Micro-tensile strength of a welded turbine disc superalloy”
K.M. Oluwasegun, C.Cooper, Y.L.Chiu, I.P.Jones, H.Y.Li, G.Baxter
Materials Science & Engineering A 596 (2014) 229–235.

DOI link


Chris Pistorius, Carnegie Mellon University

“Application of Plasma FIB to Analyze a Single Oxide Inclusion in Steel”
D. Kumar, N.T. Nuhfer, M.E. Ferreira and P.C. Pistorius
Metallurgical and Materials Transactions B, Volume 50B, June 2019, Pages 1124-1127.

DOI link



SEM images

XPS images

TEM images
Precipitates containing copper (green) and zirconium (red) in a friction-stir-welded Al-Cu-Li alloy were analyzed with a Talos F200X (S)TEM and Automated Particle Workflow (APW). The three regions represent the base metal (left), the heat-affected zone (middle), and the stirred zone (right).
Precipitates of niobium carbide in a high-strength, low-alloy steel were analyzed with a Talos F200X (S)TEM and Automated Particle Workflow (APW). The two regions represent different locations on the same coil, where the steel with finer precipitates (average 9 nm, left) yielded a higher strength than the steel with larger precipitates (average 12 nm, right).

SEM videos

Phenom ParticleX Steel Desktop SEM inclusion analysis short demonstration.

ParticleX Steel Desktop SEM - Workflow introduction.

Axia ChemiSEM provides high-quality imaging of steel samples to aid in the production of high-value steels. 

Axia ChemiSEM identifies composition on-the-fly


TEM videos

Aluminum 2099 alloy lamella characterization of Cu and Zr precipitates by APW

Nickel superalloy sample characterizingr titanium nitride nano particles by APW.

HSLA steel lamella characterization of Nb precipitates by Automated Particle Workflow (APW).

3D EDS TEM tomography of precipitates in an AlMgSi alloy.

High resolution APW showing complex features in additively manufactured stainless steel.

Maps and Avizo2D recordings (left and right) running side by side during an acquisition.

Webinars

Webinar: Nanoparticle Characterization by Automated TEM.

Webinar: Correlative Microscopy for Aerospace and Defense Industries

TEM Articles

Nanoscale origins of the oriented precipitation of Ti3Al in Ti\\Al systems

Hao Wu, Guohua Fan, Lin Geng, Xiping Cui, Meng Huang

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Effect of heat treatments on microstructural evolution of additively manufactured and wrought 17-4PH stainless steel

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

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Coherency strains of H-phase precipitates and their influence on functional properties of nickel-titanium-hafnium shape memory alloys

Behnam Amin-Ahmadi,⁎, Joseph G. Pauza, Ali Shamimi, Tom W. Duerig, Ronald D. Noebe, Aaron P. Stebner

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Effect of laser scan length on the microstructure of additively manufactured 17-4PH stainless steel thin-walled parts

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

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Non-metallic inclusions in 17-4PH stainless steel parts produced by selective laser melting

Yu Sun, Rainer J. Hebert, Mark Aindow

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FIB-SEM Articles

Joachim Mayer, RWTH Aachen

“Formation of White Etching Areas in SAE 52100 Bearing Steel under Rolling Contact Fatigue − Influence of Diffusible Hydrogen”
M. Oezel, A. Schwedt, T. Janitzky, R. Kelley, C.Bouchet-Marquis, L. Pullan, C. Broeckmann, J. Mayer
Wear, Volumes 414-415, November 2018, Pages 352-365.

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Philip Withers, University of Manchester

“Industrial Gear Oils: Tribological Performance and Subsurface Changes”
Aduragbemi Adebogun, Robert Hudson, Angela Breakspear, Chris Warrens, Ali Gholinia, Allan Matthews, Philip Withers Tribology Letters (2018) 66:65.

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Jun Tan, Shenyang National Laboratory for Materials Science

“Insight into atmospheric pitting corrosion of carbon steel via a dual-beam FIB/SEM system associated with high-resolution TEM”
Corrosion Science 152 (2019) 226–233.

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Yu-Lung Chiu, University of Birmingham

“Micro-tensile strength of a welded turbine disc superalloy”
K.M. Oluwasegun, C.Cooper, Y.L.Chiu, I.P.Jones, H.Y.Li, G.Baxter
Materials Science & Engineering A 596 (2014) 229–235.

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Chris Pistorius, Carnegie Mellon University

“Application of Plasma FIB to Analyze a Single Oxide Inclusion in Steel”
D. Kumar, N.T. Nuhfer, M.E. Ferreira and P.C. Pistorius
Metallurgical and Materials Transactions B, Volume 50B, June 2019, Pages 1124-1127.

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Applications

Process Control_Thumb_274x180_144DPI

Control de proceso
 

La industria moderna exige un alto rendimiento con una calidad superior, un equilibrio que se mantiene a través de un control de procesos sólido. Las herramientas SEM y TEM con software de automatización exclusivo proporcionan información rápida y multiescala para la supervisión y la mejora de procesos.

 

Quality Control_Thumb_274x180_144DPI

Control de calidad
 

El control y garantía de calidad son esenciales en la industria moderna. Ofrecemos una gama de herramientas de EM y espectroscopía para el análisis multiescala y multimodal de defectos, lo que le permite tomar decisiones fiables e informadas para el control y la mejora de procesos.

 

Fundamental Materials Research_R&D_Thumb_274x180_144DPI

Investigación sobre materiales fundamentales

Se investigan nuevos materiales a escalas cada vez más pequeñas para lograr el máximo control de sus propiedades físicas y químicas. La microscopía electrónica proporciona a los investigadores información clave sobre una amplia variedad de características materiales a escala nanométrica.

 

Grano mineral de aluminio encontrado con SEM durante las pruebas de limpieza de piezas

Pulcritud
 

Más que nunca, la fabricación moderna necesita componentes fiables y de calidad. Con la microscopía electrónica de barrido, el análisis de limpieza de las piezas se puede llevar a cabo internamente, lo que le proporciona una amplia gama de datos analíticos y acorta su ciclo de producción.


Style Sheet for Komodo Tabs

Techniques

Preparación de muestras (S)TEM

Los microscopios DualBeam permiten la preparación de muestras ultrafinas de alta calidad para el análisis (S)TEM. Gracias a la automatización avanzada, los usuarios con cualquier nivel de experiencia pueden obtener resultados de nivel experto para una amplia gama de materiales.

Más información ›

Caracterización de materiales en 3D

El desarrollo de materiales suele requerir caracterización en 3D en varias escalas. Los instrumentos DualBeam permiten el corte en secciones en serie de grandes volúmenes y la posterior adquisición de imágenes SEM a escala de nanómetro, las cuales se pueden procesar en reconstrucciones 3D de la muestra de alta calidad.

Más información ›

Espectroscopia de energía dispersiva

La espectroscopía de energía dispersiva (EDS) recopila información elemental detallada junto con imágenes de microscopía electrónica, proporcionando un contexto de composición esencial para las observaciones de EM. Con EDS, se puede determinar la composición química desde barridos de superficie rápidos y holísticos hasta átomos individuales.

Más información ›

Análisis elemental EDS

EDS proporciona información de composición vital sobre las observaciones de microscopio electrónico. En concreto, nuestros exclusivos sistemas de detectores Super-X y Dual-X añaden opciones para mejorar el rendimiento y/o la sensibilidad, permitiendo optimizar la adquisición de datos para cumplir con sus prioridades de investigación.

Más información ›

Tomografía EDS en 3D

La investigación de materiales modernos depende cada vez más del análisis a nanoescala en tres dimensiones. La caracterización en 3D, incluidos los datos de composición para el contexto químico y estructural completo, es posible con EM en 3D y espectroscopia de rayos X dispersiva.

Más información ›

ColorSEM

Mediante la utilización de EDS en tiempo real (espectroscopia de rayos X por dispersión de energía) con cuantificación en tiempo real, la tecnología ColorSEM transforma las imágenes SEM en una técnica de color. Cualquier usuario puede adquirir datos elementales de forma continua para obtener información más completa que nunca.

Más información ›

Corte transversal

El corte transversal proporciona una visión adicional, ya que descubre información de la subsuperficie. Los instrumentos DualBeam tienen columnas FIB para poder realizar el corte transversal con alta calidad. Con la automatización, se puede realizar el procesamiento de muestras de alto rendimiento sin supervisión.

Más información ›

Experimentación in situ

La observación directa y en tiempo real de los cambios microestructurales con microscopía electrónica es necesaria para comprender los principios subyacentes de los procesos dinámicos como la recristalización, el crecimiento del grano y la transformación de fases durante el calentamiento, refrigeración y humectación.

Más información ›

Análisis de partículas

El análisis de partículas juega un papel vital en la investigación de nanomateriales y el control de calidad. La resolución a escala nanométrica y la adquisición de imágenes superiores de microscopía electrónica se pueden combinar con software especializado para la rápida caracterización de polvos y partículas.

Más información ›

Espectroscopía de fotoelectrones de rayos X

La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) permite el análisis de superficie, proporcionando la composición elemental, así como el estado químico y electrónico de los 10 nm principales de un material. Con la realización de perfiles de profundidad, el análisis XPS se extiende a la visión de composición de las capas.

Más información ›

Flujo de trabajo de partículas automatizado

El flujo de trabajo de nanopartículas automatizado (APW) es un flujo de trabajo de microscopio electrónico de transmisión para el análisis de nanopartículas que proporciona adquisición de imágenes de área extensa y de alta resolución, además de adquisición de datos en nanoescala, todo ello con un procesamiento sobre la marcha.

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Preparación de muestras (S)TEM

Los microscopios DualBeam permiten la preparación de muestras ultrafinas de alta calidad para el análisis (S)TEM. Gracias a la automatización avanzada, los usuarios con cualquier nivel de experiencia pueden obtener resultados de nivel experto para una amplia gama de materiales.

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Caracterización de materiales en 3D

El desarrollo de materiales suele requerir caracterización en 3D en varias escalas. Los instrumentos DualBeam permiten el corte en secciones en serie de grandes volúmenes y la posterior adquisición de imágenes SEM a escala de nanómetro, las cuales se pueden procesar en reconstrucciones 3D de la muestra de alta calidad.

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Espectroscopia de energía dispersiva

La espectroscopía de energía dispersiva (EDS) recopila información elemental detallada junto con imágenes de microscopía electrónica, proporcionando un contexto de composición esencial para las observaciones de EM. Con EDS, se puede determinar la composición química desde barridos de superficie rápidos y holísticos hasta átomos individuales.

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Análisis elemental EDS

EDS proporciona información de composición vital sobre las observaciones de microscopio electrónico. En concreto, nuestros exclusivos sistemas de detectores Super-X y Dual-X añaden opciones para mejorar el rendimiento y/o la sensibilidad, permitiendo optimizar la adquisición de datos para cumplir con sus prioridades de investigación.

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Tomografía EDS en 3D

La investigación de materiales modernos depende cada vez más del análisis a nanoescala en tres dimensiones. La caracterización en 3D, incluidos los datos de composición para el contexto químico y estructural completo, es posible con EM en 3D y espectroscopia de rayos X dispersiva.

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ColorSEM

Mediante la utilización de EDS en tiempo real (espectroscopia de rayos X por dispersión de energía) con cuantificación en tiempo real, la tecnología ColorSEM transforma las imágenes SEM en una técnica de color. Cualquier usuario puede adquirir datos elementales de forma continua para obtener información más completa que nunca.

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Corte transversal

El corte transversal proporciona una visión adicional, ya que descubre información de la subsuperficie. Los instrumentos DualBeam tienen columnas FIB para poder realizar el corte transversal con alta calidad. Con la automatización, se puede realizar el procesamiento de muestras de alto rendimiento sin supervisión.

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Experimentación in situ

La observación directa y en tiempo real de los cambios microestructurales con microscopía electrónica es necesaria para comprender los principios subyacentes de los procesos dinámicos como la recristalización, el crecimiento del grano y la transformación de fases durante el calentamiento, refrigeración y humectación.

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Análisis de partículas

El análisis de partículas juega un papel vital en la investigación de nanomateriales y el control de calidad. La resolución a escala nanométrica y la adquisición de imágenes superiores de microscopía electrónica se pueden combinar con software especializado para la rápida caracterización de polvos y partículas.

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Espectroscopía de fotoelectrones de rayos X

La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) permite el análisis de superficie, proporcionando la composición elemental, así como el estado químico y electrónico de los 10 nm principales de un material. Con la realización de perfiles de profundidad, el análisis XPS se extiende a la visión de composición de las capas.

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Flujo de trabajo de partículas automatizado

El flujo de trabajo de nanopartículas automatizado (APW) es un flujo de trabajo de microscopio electrónico de transmisión para el análisis de nanopartículas que proporciona adquisición de imágenes de área extensa y de alta resolución, además de adquisición de datos en nanoescala, todo ello con un procesamiento sobre la marcha.

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Products

Hoja de estilo para tarjetas originales instrumentos

SEM de escritorio de acero Phenom ParticleX

  • SEM y EDS integrados
  • Facilidad de uso
  • Elementos de submicrómetro

Talos F200S TEM

  • Datos precisos de composición química
  • Adquisición de imágenes de alto rendimiento y análisis de composición preciso para microscopía dinámica
  • Cuenta con software Velox para una adquisición y análisis rápidos y fáciles de datos multimodales

Talos F200X TEM

  • Alta resolución/rendimiento en adquisición de imágenes STEM y análisis químicos
  • Añade soportes de muestras in situ para experimentos dinámicos
  • Cuenta con software Velox para una adquisición y análisis rápidos y fáciles de datos multimodales

Talos F200C TEM

  • Análisis EDS flexible que revela información química
  • Adquisición de imágenes TEM y STEM de alto contraste y alta calidad
  • La cámara Ceta de 16 MP con sensor CMOS proporciona un amplio campo de visión y una rápida velocidad de lectura

Talos F200i TEM

  • Imágenes S/TEM y EDS precisas y de alta calidad
  • Disponible con tecnología EDS dual
  • Capacidades óptimas in situ
  • Amplio campo de adquisición de imágenes a grande a alta velocidad

Helios 5 DualBeam

  • Preparación de muestras de TEM ultrafina, de alta calidad y completamente automatizada
  • Subsuperficie de alto rendimiento, alta resolución y caracterización en 3D
  • Capacidades de rápida creación de prototipos a nanoescala

Helios 5 PFIB DualBeam

  • Preparación de muestras STEM y TEM sin galio
  • Subsuperficie multimodal e información 3D
  • Columna FIB con plasma xenón de 2,5 μA de última generación

Scios 2 DualBeam

  • Soporte completo de muestras magnéticas y no conductoras
  • Subsuperficie de alto rendimiento y caracterización en 3D
  • Facilidad de uso y capacidades de automatización avanzadas

Apreo 2 SEM

  • SEM de alto rendimiento para resolución de subnanómetro o nanómetro completo
  • Detector de retrodispersión de T1 incorporado en la columna para contraste de materiales sensibles de velocidad TV
  • Excelente rendimiento en distancias de trabajo largas (10 mm)

SEM de escritorio Phenom Pharos

  • Fuente FEG con un rango de tensión de aceleración desde 2 hasta 15 kV
  • Resolución de <2,5 nm (SE) y <4,0 nm (BSE) @ 15 kV; aumento de hasta 1.000.000x
  • Detector de EDS y SE, totalmente integrado, opcional

SEM de escritorio Phenom ParticleX TC

  • SEM de escritorio versátil con software de automatización para pulcritud técnica
  • Resolución de <10 nm; aumento de hasta 200.000x
  • Detector SE opcional

Nexsa XPS

  • Módulo de basculación para mediciones de ARXPS
  • Fuente de iones de modo dual para capacidades de realización de perfiles de profundidad
  • Análisis de aislantes.

K-Alpha XPS

  • Espectroscopía de área seleccionable.
  • Monocromador microfocalizado.
  • Espectroscopía del estado químico de alta resolución.

ESCALAB Xi+ XPS

  • Espectroscopía de alta sensibilidad.
  • XPS con fuente de rayos X no monocromática.
  • Analizador hemisférico de 180°.

Software Avizo

  • Compatibilidad con varios datos/varias vistas, multicanal, series temporales, datos de gran tamaño
  • Registro automático avanzado multimodo 2D/3D
  • Algoritmos de reducción de artefactos

Athena Software
Imaging Data Management

  • Ensure traceability of images, data, metadata and experimental workflows
  • Simplify your imaging workflow​
  • Improve collaboration
  • Secure and manage data access​

AutoTEM 5

  • Preparación de muestras S/TEM in situ totalmente automatizada
  • Compatible con geometría invertida, plana y "top-down" (arriba-abajo)
  • Flujo de trabajo altamente configurable
  • Interfaz de usuario intuitiva, fácil de utilizar

Software Maps

  • Adquiera imágenes de alta resolución en grandes áreas
  • Encuentre fácilmente áreas de interés
  • Automatice el proceso de adquisición de imágenes
  • Correlacione datos de diferentes fuentes

Reconstrucción en 3D

  • Interfaz de usuario intuitiva, uso máximo
  • Interfaz de usuario totalmente automatizada e intuitiva
  • Basada en la tecnología 'shape from shading' (forma a través de sombreados), sin inclinación de etapas necesaria

Soporte de muestras metalúrgicas

  • Diseñado para su compatibilidad con muestras con montaje de resina
  • Solución preferida para la metalurgia y al trabajar con insertos
  • Tamaño de la muestra de hasta 32 mm de diámetro y 30 mm de altura

μHeater

  • Solución de calentamiento ultrarrápido para adquisición de imágenes de alta resolución in situ
  • Totalmente integrada
  • Temperaturas de hasta 1200 °C

Soporte de muestras de tracción

  • Determinación de la calidad del lote
  • Determinación de la uniformidad en la fabricación
  • Ayuda al proceso de diseño

Velox

  • Panel de experimentos en el lado izquierdo de la ventana de procesamiento.
  • Mapeo elemental cuantitativo
  • Interfaz de diseño de detector interactiva para control y configuración de experimentos reproducibles

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