Полное руководство по электронно лучевой плавке металлов (EBM) в 3D печати

Электронно-лучевое плавление (EBM) является частью семейства плавления с порошковым слоем. В отличие от лазерной сварки в порошковом слое (LPBF), он использует, как следует из его названия, электронный луч для плавления металлических частиц и создания слоя за слоем желаемой детали. Этот процесс, продаваемый шведской компанией Arcam в 2002 году, позволяет создавать сложные и высокопрочные конструкции. Обратите внимание, что Arcam была приобретена GE Additive в 2016 году и является единственной компанией, которая на сегодняшний день выпускает машины на основе этого процесса.

Поэтому основным отличием технологии LPBF является используемый источник тепла. Здесь технология EBM использует электронный луч, производимый электронной пушкой. Последний извлекает электроны из вольфрамовой нити в вакууме и ускоряет их проецирование на слой металлического порошка, осажденного на строительной плите 3D-принтера. Эти электроны смогут селективно плавить порошок и, следовательно, производить деталь.

Процесс электронно-лучевого плавления

Все начинается с 3D моделирования той части, которую вы хотите создать. Вы можете смоделировать его с помощью программного обеспечения САПР , получить его с помощью 3D-сканирования или загрузить модель по вашему выбору. Затем 3D-модель отправляется в программное обеспечение для нарезки, также называемое слайсером, которое будет разрезать ее в соответствии с последовательными физическими слоями осажденного материала. Затем слайсер отправит всю эту информацию непосредственно на 3D-принтер , который затем сможет начать процесс производства. Металлический порошок может быть загружен в бак внутри машины. Он будет откладываться в тонких слоях, которые будут предварительно нагреты перед тем, как слиться с электронным пучком. В частности, этот шаг обеспечивает большую поддержкуконсольные участки детали, подлежащие 3D-печати. Затем машина повторяет эти шаги столько раз, сколько необходимо для получения всей детали.

По завершении производственного процесса оператор снимает деталь с машины и выбрасывает нерасплавленный порошок с помощью выдувного пистолета или щетки. После этого можно снять опоры для печати (если они были использованы) и отсоединить деталь от монтажной пластины. Этапы последующей печати могут включать в себя механическую обработку поверхностей, контактирующих с другими деталями, полировку и т. Д. В некоторых случаях может потребоваться нагревание детали в печи в течение нескольких часов для снятия напряжений, вызванных процессом изготовления.

Обратите внимание, что все производство должно осуществляться под вакуумом, чтобы правильно работать с электронным пучком. Это также предотвращает окисление порошка при нагревании. В конце производственного процесса большая часть нерасплавленного порошка может быть использована почти напрямую. Легко понять интерес, который это представляет для производителей, особенно в авиационном секторе, где часто случается, что только 20% закупленного материала фактически используется для производства конечной детали, а остальное удаляется механической обработкой и отправляется на переработку.

Материалы и приложения

Поскольку процесс основан на принципе электрических зарядов, используемые материалы должны быть проводящими. Без этого невозможно взаимодействие между электронным пучком и порошком. Поэтому изготовление электронных или керамических деталей с помощью электронного пучка технически невозможно, и можно использовать только металлы. Сегодня в основном используются титановые и хром-кобальтовые сплавы — Arcam ограничил ассортимент совместимых материалов. Фактически, чтобы иметь возможность использовать или тестировать другой материал, пользователи должны пройти платное обучение и получить разрешение на использование машины по своему усмотрению.

Технология EBM в основном используется в аэронавтике и медицине, особенно для разработки имплантатов. Титановые сплавы особенно интересны из-за их биосовместимых свойств и механических свойств, они могут предложить легкость и прочность. Технология широко используется, например, для проектирования турбинных лопаток или деталей двигателя. Технология электронно-лучевой плавки позволит создавать детали быстрее, чем технология LPBF, но процесс менее точен, и качество получаемого покрытия будет ниже, поскольку порошок более зернистый.

Лазерный или электронный луч?

Этот вопрос регулярно задают производители, которые заинтересованы в 3D-печати по металлу. Ответ зависит главным образом от того, какие приложения вас интересуют, потому что каждый процесс имеет свои преимущества и ограничения.

Сильные стороны

• Скорость изготовления. Электронный пучок может отделиться, чтобы нагреть порошок в нескольких местах одновременно, что значительно ускоряет производство. С другой стороны, лазер должен сканировать поверхность точка за точкой.
• Предварительный нагрев мощности до ее плавления ограничивает деформации и, таким образом, уменьшает потребность в арматуре и опорах во время производства.

Слабые стороны

• Точность. На уровне порошка электронный луч немного шире лазерного, что снижает точность.
• Размер частей, которые могут быть изготовлены. Самый большой объем сборки Arcam (на станке Q20) представляет собой диаметр 350 мм при высоте 380 мм. С другой стороны, лазерные станки (такие как X-Line of Concept Laser) предлагают объемы производства, по крайней мере, вдвое больше.