ZEISS dévoile le VersaXRM 5 Insight pour l'imagerie hybride aux rayons X en 3D

ZEISS a présenté le VersaXRM 5 Insight, une plateforme hybride d'imagerie tridimensionnelle aux rayons X combinant le débit de la tomodensitométrie avec une résolution microscopique submicronique. Le système cible l'ingénierie des structures, l'inspection de boîtiers électroniques, la fabrication additive et la recherche en sciences de la vie, en permettant une caractérisation volumétrique multi-échelle au sein d'un flux de travail ininterrompu sur un instrument unique.

Caractérisation volumétrique multi-échelle non destructive
L'évaluation technique et scientifique de composants structurels, de matériaux composites et de tissus biologiques nécessite généralement l'analyse conjointe de macrostructures étendues et de défauts localisés à l'échelle submicronique. Les protocoles classiques de contrôle non destructif obligent souvent les opérateurs à choisir entre des systèmes de micro-tomodensitométrie (micro-CT) à large champ et des microscopes à rayons X (XRM) séparés à fort grossissement. Alterner entre ces équipements distincts impose l'extraction de l'échantillon, un nouveau bridage et un recalage spatial manuel, générant des erreurs de préparation et des retards opérationnels.

Le VersaXRM 5 Insight regroupe l'acquisition à large champ de vision et l'imagerie localisée à haute résolution au sein d'une même architecture instrumentale. Les opérateurs peuvent réaliser un balayage macroscopique sur l'ensemble d'une pièce pour repérer des anomalies structurelles, définir des volumes d'intérêt ciblés et effectuer des tomographies volumétriques approfondies sans modifier les configurations physiques de l'équipement ni intervenir sur les cellules environnementales de test.




Préservation de l'intégrité de l'échantillon grâce à la résolution à distance (RaaD)
Une contrainte physique majeure en tomodensitométrie de laboratoire réside dans l'agrandissement géométrique : une résolution élevée exige généralement de placer l'échantillon à très grande proximité de la source de rayons X. Cette contrainte impose fréquemment un découpage mécanique, un tronçonnage destructif ou un carottage des pièces volumineuses pour prévenir tout risque de collision avec la source ou le détecteur.

Le système intègre l'architecture Resolution at a Distance (RaaD), qui emploie un double étage d'agrandissement optique en aval du scintillateur. Ce procédé permet d'atteindre une résolution spatiale submicronique tout en conservant de grandes distances de travail. Les ingénieurs peuvent ainsi examiner des défauts critiques, la distribution des porosités et les bulles de soudure au sein de pièces massives, de boîtiers électroniques scellés ou de cellules d'essais mécaniques in situ sans altération mécanique, préservant ainsi l'intégrité de l'échantillon pour des analyses quadridimensionnelles (4D) longitudinales.




Navigation automatisée et flux d'acquisition accélérés
La variabilité liée à l'opérateur, l'alignement du système et la durée de reconstruction volumique constituent des goulets d'étranglement fréquents en imagerie volumétrique aux rayons X. Le VersaXRM 5 Insight intègre le logiciel de commande ZEN navx, qui assure une navigation automatisée tenant compte de l'échantillon ainsi qu'un guidage procédural, éliminant les trajectoires de collision entre les supports d'échantillon et les composants matériels.

Afin d'accélérer les cycles d'expérimentation, la plateforme intègre le mode FAST, qui fournit un retour visuel rapide pour l'alignement spatial, le tri macroscopique de composants et des reconstructions tomographiques à résolution intermédiaire. Le système embarque également des algorithmes d'intelligence artificielle au cœur de la chaîne de reconstruction afin d'atténuer le durcissement de faisceau, de réduire les artefacts d'anneau et d'accélérer le rendu volumique à partir d'un nombre restreint de projections angulaires.

Le Dr Keith Duncan, chercheur et directeur de l'imagerie par rayons X au Danforth Plant Science Center, a souligné que l'architecture du détecteur associe un détecteur plan à grande surface à un grossissement optique secondaire, permettant de passer d'une vue d'ensemble du spécimen à des détails structurels localisés sans aucune reconfiguration mécanique.

Nicolas Gueninchault, responsable de la division Microscopie à rayons X chez ZEISS Microscopy, a précisé que la combinaison d'un équipement micro-CT à haut débit avec les optiques d'un microscope à rayons X établit un équilibre optimal entre résolution spatiale, cadence d'acquisition et facilité d'utilisation sur un châssis unique.




Applications ciblées en recherche industrielle et science des matériaux
En science des matériaux, le système assure la visualisation non destructive de la propagation des fissures, de la coalescence des microporosités et de la dispersion des particules lors d'étapes de sollicitation mécanique ou environnementale. Dans l'industrie microélectronique et la fabrication de semi-conducteurs, l'instrument permet l'analyse causale non destructive de la fatigue des billes de soudure, des pontages de vias en silicium, du décollement des fils de câblage (wire bonding) et du délaminage interne au sein de circuits intégrés encapsulés. Enfin, les laboratoires de sciences de la vie exploitent la plateforme pour la modélisation histologique tridimensionnelle non destructive et le phénotypage morphologique de spécimens végétaux et animaux intacts.

Contexte additionnel :
Cette section détaille les spécifications techniques et les analyses comparatives concurrentielles non incluses dans l'annonce originale du produit.

L'architecture hybride de la série ZEISS Versa associe une source de rayons X microfoyer scellée (fonctionnant généralement entre 30 et 160 kilovolts pour une puissance maximale de 10 watts) à un mécanisme d'agrandissement à double étage. La chaîne de détection primaire emploie un détecteur CMOS plan haute résolution pour l'inspection macroscopique, complété par une tourelle porte-objectifs automatisée logeant des optiques (notamment de grossissements 0,4x, 4x, 20x et 40x) couplées à des scintillateurs haute efficacité et à des caméras scientifiques CCD ou CMOS. Cette configuration atteint des résolutions spatiales réelles descendant jusqu'à 500 nanomètres et des tailles de voxel minimales de 40 nanomètres, tout en autorisant des distances source-échantillon supérieures à 20 à 50 millimètres.

Les systèmes concurrents directs sur le segment 3D multi-échelle non destructif comprennent le SkyScan 2214 de Bruker et l'UniTOM XL de TESCAN.

Le Bruker SkyScan 2214 utilise une source de rayons X nanofoyer ouverte à fenêtres en diamant délivrant des énergies jusqu'à 160 kilovolts et produisant des tailles de spot inférieures à 500 nanomètres. Il intègre des options de détection modulaires, combinant une caméra CCD refroidie de 11 mégapixels pour l'analyse submicronique et un détecteur plan de 6 mégapixels pour la visualisation globale de grandes pièces (jusqu'à 300 millimètres de diamètre). Contrairement aux étages de grossissement optique du principe RaaD, le SkyScan 2214 repose principalement sur un agrandissement géométrique élevé ; il exige donc que l'échantillon se trouve à seulement 1 ou 2 millimètres de la source pour atteindre sa résolution spatiale maximale de 500 nanomètres, ce qui limite l'inspection à fort grossissement de pièces volumineuses ou confinées.

Le TESCAN UniTOM XL est conçu pour la micro-CT multi-échelle à haut débit, intégrant des capacités d'acquisition dynamique continue et supportant des charges utiles jusqu'à 10 kilogrammes dans un champ de vision de 300 millimètres. L'UniTOM XL fonctionne avec une source microfoyer haute puissance atteignant 160 kilovolts et 200 watts, associée à un détecteur plan haute cadence permettant une résolution temporelle adaptée à la tomodensitométrie 4D dynamique avec des acquisitions volumiques inférieures à la seconde. S'il procure une fréquence d'images et un débit volumique supérieurs pour les grandes pièces de fonderie et les essais de compression dynamique, son architecture reposant exclusivement sur l'agrandissement géométrique restreint sa résolution spatiale maximale à environ 3 à 4 micromètres. Il s'avère ainsi moins spécialisé pour l'isolation de microporosités et d'interfaces internes submicroniques que les systèmes pourvus d'un grossissement optique multi-étage.

Édité par Natania Lyngdoh, rédactrice d’Induportals, avec l’assistance de l’IA.

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