Výrobní proces eBM
Obsah
Tavení elektronovým paprskem (EBM) je proces aditivní výroby, který používá elektronový paprsek k selektivnímu tavení kovového prášku vrstvu po vrstvě, aby se vytvořily plně husté díly. Výrobní proces ebm nabízí možnosti nad rámec konvenčních výrobních metod pro výrobu složitých, vysoce výkonných kovových dílů.
Přehled výrobního procesu ebm
EBM funguje podobně jako jiné techniky fúze práškového lože. Proces probíhá ve vysokovakuové komoře, kde elektronový paprsek selektivně skenuje a taví prášek rozprostřený v tenkých vrstvách na stavební desce. Po roztavení každé vrstvy se stavební deska sníží a na povrch se shrne více prášku, poté elektronový paprsek roztaví a spojí další vrstvu.
Klíčové údaje:
- Vytvářejte díly vrstvu po vrstvě z kovového prášku
- Elektronový paprsek selektivně taví prášek
- Proces probíhá ve vakuu
- Vysoký výkon paprsku pro rychlé tavení
- Používají se podpůrné konstrukce, odstraněny po procesu
- Opakuje se, dokud se nevytvoří kompletní díl
Výhody:
- Volnost návrhu pro složité geometrie
- Funkční kovové díly přímo z CAD
- Vynikající mechanické vlastnosti
- Díly s vysokou hustotou, až 99,9 %
- Omezte odpad ve srovnání se zpracováním
EBM poskytuje větší svobodu při výrobě složitých geometrií s menším omezením úhlů, přesahů a podřezů ve srovnání s tradiční výrobou. Díly vyrobené pomocí EBM nabízejí mechanické vlastnosti srovnatelné nebo lepší než vlastnosti tvářené.

Materiály používané v EBM
EBM je schopen zpracovávat různé slitiny do plně hustých dílů, přičemž většina použití se zaměřuje na titan, hliník, kobalt chrom, niklové slitiny, nerezové oceli a nástrojové oceli.
Materiály:
- Titan Ti64, Ti64ELI, komerčně čistý titan
- Hliník AlSi10Mg, AlSi12, Scalmalloy
- Kobalt Chrom CoCrMo, CoCrW
- Niklové slitiny IN718, IN625, IN939
- Nerezové oceli 316L, 17-4PH, 304L, 420
- Nástrojové oceli H13, D2, M2
- Ostatní: CuSn10, CuCr1Zr
Slitiny titanu se hojně používají v leteckých součástech spolu s niklovými superslitinami. Kobalt chrom je oblíbený pro lékařské implantáty. Nástrojové ocelové formy a hliníkové součásti slouží pro automatizaci a automobilový průmysl. Lze použít různé kovové prášky o velikosti až 15 mikronů.
Možnosti procesu EBM
EBM může přímo vyrábět koncové díly a produkty připravené k použití s malým nebo žádným následným zpracováním. Mezi některé klíčové možnosti patří:
Geometrická složitost
- Složité mřížkové a síťové struktury
- Hluboké kanály, podřezy, tunely
- Tenké stěny (< 1 mm) a jemné detaily
- Optimalizace topologie odlehčování
Mechanické vlastnosti
- Hodnoty pevnosti a tvrdosti odpovídají nebo překračují tvářené kovy
- Odolnost proti únavě a lomu srovnatelná s tvářenými
- Husté součásti s pórovitostí pod 0,8 %
Přesnost a rozlišení
- Přesnost do 0,2 mm nebo 2 % rozměru dílu
- Nejmenší velikost prvku kolem 0,3 mm
- Nejtenčí stěny 0,25-0,5 mm
- Minimální velikosti prvků se nadále zlepšují
Povrchová úprava
- Hrubost povrchu surového EBM kolem 5-9 μm
- Dokončovací profilování může dosáhnout drsnosti 1,5 μm
- Další procesy používané pro jemnější leštění
Objem stavby
- Komerční systémy se pohybují od průměru 150 mm až po stavby 1000 x 600 x 500 mm
- Ve vývoji jsou také větší zakázkové systémy
- Neustálé zlepšování maximálních velikostí dílů
Kroky procesu aditivní výroby EBM
Výrobní proces EBM probíhá jako řada kroků pro nastavení, přípravu, stavbu a dokončení kovových dílů aditivně vrstvu po vrstvě pomocí elektronového paprsku k tavení a spojování materiálu.
Kroky procesu EBM:
- 3D model dílu a optimalizace návrhu pro AM
- Převeďte soubor do standardního formátu pro systém EBM
- Vyberte materiál, nastavte parametry stavby
- Připravte kovový prášek podle specifikací
- Vložte prášek do stroje, vyrovnejte stavební plochu
- Rozetřete vrstvu prášku, předehřejte paprskem
- Vylíhněte oblasti tavení pro každou vrstvu, spojte kov
- Spusťte platformu, přidejte další vrstvu
- Opakujte vrstvení/tavení pro dokončení dílu
- Vyjměte z komory, oddělte díl od základní desky
- Odstraňte podpůrné konstrukce z dílu
- Následné zpracování pomocí obrábění, leštění, horkého izostatického lisování podle potřeby
Kritické procesní parametry optimalizované pro každý materiál zahrnují výkon paprsku, rychlost paprsku, rozteč líhnutí, strategii skenování, dobu vrstvy, tloušťku vrstvy, teploty předehřevu a tepelné zpracování po procesu. Ladění těchto nastavení umožňuje nastavení hustoty dílu, zbytkového napětí, povrchové úpravy, mikrostruktury a mechanických vlastností.
Výhody aditivní výroby elektronovým paprskem
EBM poskytuje několik přesvědčivých výhod oproti tradiční subtraktivní výrobě nebo jiným aditivním metodám, pokud jde o náklady, výkon, účinnost, složitost, vlastnosti a udržitelnost.
Výhody EBM:
- Svoboda designu pro lehké, složité geometrie
- Zjednodušený pracovní postup od CAD k hot
- Odstraňuje potřebu nástrojů a upínacích přípravků pro složité prvky
- Vysoká hustota kovu až 99,9 %
- Vynikající pevnost a tvrdost
- Nižší náklady na díl pro malá/střední množství
- Snížené množství odpadu z kovu ve srovnání se subtraktivními procesy
- Minimalizuje následné zpracování a dodací lhůty
- Řízení parametrů pro mikrostrukturu a vlastnosti
- Vysoký výkon paprsku umožňuje rychlejší rychlost stavění
Proces EBM usnadňuje inovativní konstrukční přístupy a konsolidaci složitých dílů pro zlepšení výkonu. Rychle vyrábí vysoce husté kovové komponenty pro konečné použití bez nadměrných nákladů spojených se speciálním nářadím nebo rozsáhlými dokončovacími operacemi.
Omezení aditivní výroby elektronovým paprskem
Spolu s výhodami má EBM také některá inherentní omezení, která je třeba zvážit při určování vhodnosti pro výrobní aplikace.
Omezení EBM:
- Vyšší náklady na zařízení než u polymerních systémů
- V současné době omezené schválené letecké/lékařské slitiny
- Optika pro vychylování paprsku omezuje maximální velikost stavby
- Nižší rychlost skenování než fúze laserového práškového lože
- Nižší rozlišení jemných prvků než laserové systémy
- Tavení paprskem ovlivněno vodivostí prášku a výškou stavby
- Následné zpracování pro zlepšení povrchové úpravy
- Možné malé vnitřní dutiny nebo vady v důsledku nedostatečného spojení
- Oblasti monitorování procesu a kontroly kvality, které je třeba zdokonalit
Zvýšené náklady na zařízení spojené se systémy elektronového paprsku mají za následek vyšší náklady na díly, díky čemuž je EBM vhodnější pro výrobu s nižším objemem, kde úspory nákladů z nástrojů kompenzují počáteční kapitálové výdaje.
Kontrola kvality a následné zpracování v EBM
Stejně jako u všech procesů aditivní výroby kovů v práškovém loži mohou komponenty EBM čelit potenciálním problémům s kvalitou týkajícím se pórovitosti, anizotropních vlastností, povrchové úpravy, zbytkového napětí, účinků prášku a geometrického dimenzování, které vyžadují zmírnění prostřednictvím optimalizace parametrů, následného zpracování, horkého izostatického lisování a postupů kontroly kvality.
Kontrola kvality:
- Konzistentní vlastnosti kovového prášku
- Optimalizace parametrů specifická pro slitinu a geometrii
- Monitorování tepelných emisí in situ
- CT skenování po výrobě pro ověření hustoty
- Testování mechanických vlastností podle norem ASTM
Následné zpracování:
- Tepelné odlehčení napětí a horké izostatické lisování
- Tryskání kuličkami pro zlepšení povrchové úpravy
- Frézování, soustružení, broušení, leštění
- Povlaky nebo úpravy pro funkční vlastnosti
Probíhající úsilí pokračuje v pokroku v monitorování procesu v reálném čase, kontrole kvality prášku, modelovacích simulacích a optimalizaci parametrů zpětné vazby s uzavřenou smyčkou, aby se zlepšila kvalita a spolehlivost.
Aplikace aditivní výroby elektronovým paprskem
Svoboda návrhu odemčená EBM se promítá do vysoce výkonných komponent pro konečné použití napříč progresivními průmyslovými odvětvími, která posouvají hranice v letectví, obraně, lékařské technologii, automobilovém průmyslu a energetických aplikacích.
Průmyslové aplikace:
Aerospace – Lopaty turbín, oběžná kola, spalovací komory, mřížky Automobilový průmysl – Odlehčování podvozků a komponentů hnacího ústrojí Lékařský – Ortopedické implantáty, protetické pomůcky
Energie – Výměníky tepla, tlakové nádoby, vrtání Obrana – UAV, díly pro ochranná vojenská vozidla Nástroje – Konformní chladicí formy, matrice, vzory
EBM usnadňuje konsolidaci složitých sestav do jediných dílů se zlepšenými vlastnostmi a slouží pro malosériovou až středněsériovou výrobu. Proces pokračuje od rychlého prototypování směrem k certifikované sériové výrobě, jak se rozšiřují slitiny a opatření pro kontrolu kvality.
Dodavatelé zařízení EBM
Hrstka zavedených průmyslových dodavatelů nabízí komerční systémy aditivní výroby EBM spolu s integrovanými řešeními pro manipulaci s práškem. Ve vývoji jsou také zakázkové velkoformátové stroje.
Dodavatelé zařízení EBM:
Dodavatel | Modelka | Velikost sestavení | Materiály |
---|---|---|---|
Arcam EBM | Arcam Q20plus | Ø350 x 380 mm | slitiny Ti, CoCr, Al, oceli, slitiny Ni |
Arcam EBM Spectra H | 650 x 400 x 500 mm | Nástrojová ocel, nerezová ocel, CoCrMo, AlSi10Mg | |
Arcam EBM Spectra L | 350 x 350 x 380 mm | slitiny Ti, slitiny Co, slitiny Ni, oceli | |
JEOL | JAM-1000 | 300 x 300 x 300 mm | slitiny Ti, slitiny Ni, slitiny Cu, oceli |
Sciaky | EBAM 300 | 3050 x 1220 x 1220 mm | slitiny Al, certifikované pro letectví |
Přísada Wayland | Calibur3 | Ø685 x 380 mm | Ti64, Inconel 718, nerezové oceli |
Malé systémy / výzkumné systémy
- Arcam A2X
- Institute of Advanced Manufacturing Technology EBAM 150
- Linz Center of Mechatronics GmbH Micro-EBAM
Větší objemy stavby se nadále zvyšují s přizpůsobenými řešeními nad délku jednoho metru v rámci výzkumu a vývoje. Šířky paprsků se také posouvají za jeden elektronový paprsek směrem k více koordinovaným paprskům pro vyšší rychlosti.
Analýza nákladů na aditivní výrobu elektronovým paprskem
Přijetí EBM jako procesu aditivní výroby kovů pro konečné použití vyžaduje zvážení výdajů na pořízení zařízení, spotřebního materiálu a provozních režijních nákladů oproti úsporám nákladů na díly z konsolidace sestav, minimalizace obrábění a správného dimenzování zásob.
Nákladové faktory – EBM vs. tradiční výroba
Nákladový faktor | EBM | Subtraktivní výroba |
---|---|---|
Pořízení zařízení | 500 tis. USD – 1,5 mil. USD+ | Nižší náklady na stroje |
Prášky z materiálu | 100 USD – 800 USD za kg | Nižší náklady na suroviny |
Práce | 50 USD – 150 USD za hodinu | Obvykle nižší náklady na pracovní sílu |
Rychlost sestavení | 5-20 cm3/hodinu pro výrobu | Vyšší objemy za hodinu |
Spotřeba energie | ~50 kWh na kg vyrobeného materiálu | Nižší spotřeba energie |
Dodavatelský řetězec | Zjednodušte logistiku, zkraťte dodací lhůty | Složité globální dodavatelské řetězce |
Náklady na díl | 2 USD – 500 USD+, závisí na velikosti/geometrii/množství | Vysoce závislé na geometrii |
Celkové náklady | 5 tis. USD – 25 tis. USD+ pro objem stavby za rok | Vysoce variabilní podle odvětví |
Obecně platí, že EBM poskytuje výhody pro složité kovové díly s nižším objemem kolem jednoho až několika set kusů, kde inventář, doba obrábění a konsolidace sestav kompenzují vyšší náklady na stroje a prášek o řád vyšší než u tradiční výroby s velkým objemem s drahými nástroji a extrémními velikostmi dávek. Množství dílů, rychlost, složitost, cíle výkonu a očekávání kvality výrazně ovlivňují výběr optimální výrobní metody.
Bezpečnostní hlediska pro aditivní výrobu elektronovým paprskem
Stejně jako u všech průmyslových výrobních zařízení zavádí 3D tisk kovů elektronovým paprskem zdravotní a bezpečnostní rizika týkající se vysokého napětí, inertních plynů, reaktivních kovových prášků a manipulace s toxickými materiály, které vyžadují kontrolu zmírňování rizik.
Bezpečnostní hlediska EBM:
- Ochrana elektroniky s vysokým napětím
- Stínění před rentgenovým zářením
- Kryogenní plyny pod tlakem
- Prach z reaktivních kovových prášků
- Vystavení nanočásticím
- Ergonomie ručního prosévání prášku
- Mechanické a laserové blokování
- Opatření pro hořlavost materiálu
- Požadavky na OOP pro zaměstnance
- Zablokování zařízení a nouzové zastavení
- Běžná údržba pro provozuschopnost
- Monitorování hodin paprsku a výkonu
Důkladné školení obsluhy v kombinaci s technickými kontrolami, bezpečnostními protokoly, ochrannými pomůckami, regulovanou údržbou a směrnicemi Assembly Bill & Conformité Européenne vynucenými pro zařízení s práškovým ložem poskytují více vrstev ochrany zdraví a životního prostředí.

Budoucí výhled pro aditivní výrobu elektronovým paprskem
Jak se technologie a kvalita EBM nadále vyvíjejí, očekává se širší přijetí napříč leteckým, lékařským, průmyslovým, nástrojářským a automobilovým sektorem, což upřednostňuje aplikace se středními výrobními objemy do několika tisíc kusů, kde výkon ospravedlňuje vyšší náklady.
Budoucí trendy v EBM:
- Rozšiřující se portfolio zpracovatelných slitin
- Hardware pro větší objemy stavby
- Vícepaprskové systémy pro vyšší rychlosti
- Vylepšený rozsah a přesnost vychylování paprsku
- Vylepšené zaostřování a přesnost paprsku
- Monitorování in situ a řízení s uzavřenou smyčkou
- Standardizace parametrů procesu
- Komplexní řešení pro správu prášku
- Integrace hybridní výroby
- Srovnávací ukazatele kvality pro certifikaci
- Aplikace pro vysokorychlostní výrobu
Začlenění více koordinovaných elektronových paprsků může znásobit rychlost skenování. Hybridní systémy kombinující EBM s frézováním nebo jinými sekundárními operacemi v jediné platformě umožňují zefektivněné následné obrábění. Jak se vyvíjí hardware, materiály, kvalitativní protokoly a pracovní postupy pro schvalování dílů, přijetí EBM se hodí pro vyšší rychlost výroby napříč rozšiřujícími se certifikovanými aplikacemi.
FAQ
Otázka: Jaké materiály může EBM zpracovávat?
Odpověď: EBM běžně zpracovává titan, hliník, nikl, chrom kobalt, nerezovou ocel, nástrojovou ocel a slitiny mědi. Možnosti materiálů se nadále rozšiřují.
Otázka: Vyrábí EBM porézní nebo plně husté díly?
Odpověď: EBM vyrábí kovové komponenty s hustotou přes 99 % s použitím částečně předslinutých prášků. Hustota přesahuje hustotu litých a tvářených kovů.
Otázka: Jak přesný je EBM ve srovnání s jinými procesy AM kovů?
Odpověď: Rozměrová přesnost dosahuje ±0,2 mm s tolerancemi srovnatelnými s jinými technologiemi práškového lože, přesnost se zlepšuje se zkušenostmi.
Otázka: Která průmyslová odvětví používají výrobu EBM?
Odpověď: Letecký, lékařský, automobilový, průmyslový, nástrojářský, obranný, robotický, energetický průmysl využívají EBM pro komponenty pro konečné použití.
Otázka: Jaké jsou náklady na díl pro aditivní výrobu EBM?
Odpověď: Náklady na díly se pohybují od 100 USD do 10 000+ USD v závislosti na velikosti, složitosti geometrie, rychlosti stavby, objemu materiálu, potřebách následného zpracování atd.
Otázka: Kteří poskytovatelé služeb nabízejí aditivní výrobu EBM?
Odpověď: RapidDirect, 3D Systems, Carpenter Additive, Alloyed, Sigma Labs, Velo3D, Barnes Aerospace, Burloak Technologies, Morf3D.
Sdílet na
MET3DP Technology Co., LTD je předním poskytovatelem řešení aditivní výroby se sídlem v Qingdao v Číně. Naše společnost se specializuje na zařízení pro 3D tisk a vysoce výkonné kovové prášky pro průmyslové aplikace.
Dotaz k získání nejlepší ceny a přizpůsobeného řešení pro vaše podnikání!
Související články

Vysoce výkonné segmenty lopatek trysek: Revoluce v účinnosti turbín díky 3D tisku z kovu
Přečtěte si více "O Met3DP
Nedávná aktualizace
Náš produkt
KONTAKTUJTE NÁS
Nějaké otázky? Pošlete nám zprávu hned teď! Po obdržení vaší zprávy obsloužíme vaši žádost s celým týmem.

Kovové prášky pro 3D tisk a aditivní výrobu