Введение в электронно-лучевое плавление

Электронно-лучевая плавка (EBM) - это технология аддитивного производства металлов, в которой используется электронный луч для плавления слоев металлического порошка. Впервые представленный в 1997 году шведской компанией Arcam, EBM идеально подходит для производства легких, прочных и плотных торцевых деталей. Эта технология в основном используется в аэрокосмической, медицинской и оборонной промышленности.

В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим производственный процесс EBM, его преимущества и ограничения, а также материалы и области применения технологии EBM.

Как работает электронно-лучевое плавление?

Электронно-лучевая плавка, как SLS и DMLS, относится к семейству сплавов в порошковой среде. Однако, в отличие от других металлических технологий AM, в которых в качестве источника тепла используется лазер, EBM использует мощный электронный луч для плавления слоев металлического порошка. Затем расплавленные слои металлического порошка сплавляются вместе, образуя металлическую деталь.

Пошаговый просмотр:

1. Рабочий стол покрыт слоем металлического порошка.
2. Когда слой предварительно нагревается, мощный электронный луч избирательно плавит порошок в областях, определенных цифровой моделью САПР.
3. Затем наносится следующий слой, и луч плавит и сплавляет слои вместе.
4. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута окончательная форма детали. После удаления излишков порошка металлическая деталь может пройти постобработку.
   

Чтобы предотвратить загрязнение и окисление порошка, процесс печати происходит в вакууме.

Преимущества EBM

EBM предлагает ряд преимуществ, которые отличают его от других металлических технологий AM.

• В процессе EBM используется луч, в несколько раз более мощный, чем лазер, - основной источник тепла, используемый в других технологиях 3D-печати металлом. Эта увеличенная мощность луча - в процессе EBM одновременно используются несколько электронных лучей - в конечном итоге означает более высокую скорость печати. ​​
• EBM может производить высококачественные металлические детали, сопоставимые с теми, которые производятся традиционными методами производства, такими как литье.
• Детали не только обладают высокими механическими свойствами, но и обычно имеют высокую плотность (более 99%) благодаря процессу предварительного нагрева и высоких температурах, необходимых во время печати. Предварительный нагрев платформы для печати также сводит к минимуму остаточные напряжения - частую проблему, с которой сталкиваются при 3D-печати металлом, - сокращая потребность в опорных конструкциях.
• EBM предлагает минимальные отходы, поскольку большая часть неиспользованного порошка может быть переработана для использования в будущем - особая выгода, учитывая значительную стоимость материалов, используемых в EBM.

Ограничения EBM

• С другой стороны, детали EBM обычно имеют более низкий уровень точности по сравнению с деталями SLM, поскольку в принтерах SLM используются более мелкие порошки и более тонкие слои, чем EBM. Более толстые слои часто могут привести к шероховатости поверхности, а детали EBM требуют обширной дополнительной постобработки для получения более гладкой поверхности.
• Выбор материалов, которые можно использовать в процессе EBM, довольно ограничен; Отчасти это связано с тем, что для этого процесса требуются высококачественные и дорогие материалы, которые также должны предварительно пройти тщательную проверку.
• Стоимость материалов и стоимость 3D-принтеров EBM делают эту технологию дорогостоящим вариантом, подходящим только для промышленного применения.

Материалы

Ограниченный диапазон металлов может использоваться с EBM, в том числе с титановыми сплавами (идеально подходящими для медицинских имплантатов), кобальт-хромом, стальными порошками и никелевым сплавом 718. Эти материалы демонстрируют высокую прочность, устойчивость к коррозии и отличные механические свойства, что чрезвычайно важно. ценно в стрессовых приложениях. Важно отметить, что любой материал, используемый в EBM, должен быть проводящим, так как процесс в значительной степени зависит от электрических зарядов.

Также сообщается, что EBM является единственным коммерческим решением AM для производства деталей из алюминида титана (TiAl). TiAl особенно известен своим легким весом, прочностью и термостойкостью, хотя он склонен к растрескиванию.

Общие приложения

Чаще всего технология EBM применяется в медицине и авиакосмической промышленности, поскольку эта технология предлагает эффективный способ производства легких и сложных деталей.

• В медицинской отрасли EBM можно использовать для производства трабекулярных имплантатов и других медицинских имплантатов, адаптированных к потребностям пациента. LimaCorporate, итальянский производитель ортопедических устройств, была одной из первых компаний, осознавших потенциал технологии EBM для ортопедической промышленности.
• Что касается аэрокосмической отрасли, EBM особенно полезен для производства аэрокосмических компонентов со значительным снижением веса. GE, например, уже использует технологию EBM для 3D-печати лопаток турбин для реактивных двигателей.

Подводя итоги

Хотя EBM наиболее подходит для требовательных промышленных приложений, эта технология демонстрирует огромный потенциал аддитивного производства металлов. Обладая способностью производить сложные металлические детали, сопоставимые с традиционными производственными технологиями, EBM предлагает инновационное решение для производства небольших серий, прототипов и даже вспомогательных деталей с использованием 3D-печати. И по мере выхода на рынок нового Arcam EBM Spectra H становится ясно, что на горизонте появятся новые инновации с EBM, что расширит возможности его использования в большем количестве промышленных секторов.